海洋光学--微型光纤光谱仪的发明者
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氧含量传感器常见问题

光纤氧含量传感器使用荧光方法测量溶解或气态氧的分压。光纤传输由蓝色 LED产生的激发光到探测器尖端的薄膜涂层。探测器收集尖端产生的荧光,通过光纤传输给高灵敏度的光谱仪。但气或液态试样的氧分散到薄膜涂层中时,就淬灭了荧光。淬灭度与氧的压力水平相关。

探测荧光的测量光的波长是多少?

钌的络合物吸收蓝色LED(输出波峰470 nm)产生的激发能。荧光发射波峰接近 600 nm。

氧是如何淬灭荧光的?

氧气作为一种三重态分子能够有效地淬灭荧光和某些发光体的磷光。这种效果(Kautsky于1939年首次描述)被成为“动力荧光淬灭”。在激发态的氧分子与荧光的碰撞产生非辐射能量转移。淬灭度与碰撞的频率相关,因此,与含氧物质的浓度、压力和温度相关。点击这里可见一个展示荧光淬灭原则的试验。

探测器的响应速度优势是什么?

探测器的响应受氧分散到传感器的速度限制。我们的标准膜在气体中响应非常快(<1 秒),在液体中稍微慢些。在粘性试样中,试样的分散决定了响应率。探测器在水的试样中快速响应,在粘性试样如油、乳浊液和奶油中响应稍慢。与电极传感器不同,光学传感器不耗氧,这就意味着激活试样将增加响应率,但不影响末次均衡读数。并且也可选择的探测器的保护涂层,应用于隔绝环境光干扰和改进化学抗性,但会使探测器在气体中的响应时间减慢20-30秒,在液体减慢30-50 秒。

可会影响探测器涂层或测量精度的化学物质有哪些?

玻璃对高碱环境敏感,且遇HF(氟化氢)会产生严重的物理磨损。玻璃对普通的有机溶剂有免疫性。如果涂层损坏或破坏,探测器可重新喷涂。我们也提供测试试样(涂层玻璃覆盖片)来测试在特殊或危险的溶剂和无法在实验室中再现的环境中的磁化系数。测量精度受化合物竞争性淬灭荧光的影响,例如:F2, Cl2 和Br2,然而,它们淬灭效率还有待评估。

为什么探测器的使用期限仅为一年?

探测器质保一年是出于对新产品性能的慎重考量。在良好的环境下探测器可以持续使用很长的时间。但是,对于探测器产品的研发来说下这个结论还显为时尚早。

减慢或加速探测器的光降解速度的因素有哪些?

由于钌络合物易受光降解影响,对激发能总的外露面积应当最小化。操作软件将控制LED的开关以便仅在测量周期中照亮探测器。并且玻璃上的严重生物淤积、物理磨损和化学腐蚀可能影响 传感表面。清洗和保护将延长传感器的生命周期。

分叉光纤仅用在探测器,光源及探测器的连接吗,或者探测器本身就是一个分叉光纤呢?

我们不仅能提供现货供应的探头,并且用户也可以定制。标准探测器-FOXY-R -直径1 mm,硅芯,带1/16" OD不锈钢环的硅壳光纤。尖端磨成30度,并使用钌化玻璃进行涂覆。另一端为标准SMA 连接器。这种探测器与一个分成两部的直径600 um的光纤结合,一条支架用于激发,其余可将荧光信号传输给光谱仪,需用探针(FOXY-R-PNA)来刺破隔片和密封。

我能使用FOXY探测器测量包装产品的顶部空间吗?

可以。Ocean Optics的探针带有蝶型弯针用于通过血清瓶的隔片插入。如果探测器带保护涂层,则可以用于测量试样的顶空和溶解氧。药物包装,粮食和饮料包装的顶部空间都是用户监测的对象。

小直径的光纤可以使用在探测器上吗?

光纤的直径尺寸决定了信号的强度和光度计的信噪比。任何尺寸都能被涂覆涂层。

环境光对探测器有怎样的影响?

环境光影响探测器。任何型号的探测器都应当装在一个密闭的容器内以阻挡环境光,或在以黑暗的房间遮蔽探测器。FOXY-T1000有一个旋盖以阻挡光线通过光纤,但可使其容易地通过探测器的尖端。并在探测器上使用一种硅橡胶保护涂层(免费)以消除环境光的影响。保护涂层使响应时间在液体中减慢30-50秒,而在气体中减慢20-30秒。

探测器的测量范围是多少?

对气态试样,探测器的响应在一个大气压下(0-760 mm 汞柱局部压力)为0-100%(摩尔百分比)。在水中,探测器的响应为0-40.7 ppm(0-760 mm Hg 局部压力)。在其它液体中,探测器对氧的响应从0到饱和度水平。

在产品说明书中使用 “低”和“高”来表征氧气浓度。怎样决定氧气的浓度的低和高?探测器的输出(根据电压或荧光强度)是非线性的,可以用Stern-Volmer 方程描述。探测器在氧浓度低时更灵敏。假如在光度计的信噪比为 1800:1,则 “典型”设置,荧光波峰平均在200象素点附近无氧时的1800count值和纯氧时的1000count值。使通过时间平均可实现良好的信噪比,但是会破坏采样频率。

探测器的精度如何?

分辨率(噪音)、Stern-Volmer 的绝对偏差和校准实验限制了系统的精度。Stern-Volmer关系适用于低压氧,如水中。Stern-Volmer的绝对偏差通常发生在高压氧情况下。这种 偏差可以被量化,并通过在正常的高与低区间内添加几个校准点来校正。

精确度校准至关重要。下图说明了由于在标准测量中1%的误差在无氧或在高氧下所引起的强度变化。

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温度怎样影响探测器的灵敏度?

温度影响荧光的强度和氧分子与荧光团的碰撞频率。温度的改变也影响分析物的氧溶性。净效应可看做是一种校准坡度的变化。为了精确结果,试样测定必须在恒温下进行。

如果恒温无法保证,则应当使用FOXY-TS1电热调节器或FOXY-TK1热电偶同时测量温度。A FOXY-T-MOD1或FOXY-T-MOD-K控制器连接在计算机的RS-232端口上,获取温度数据。与USB2000-FL光谱仪连接的USB-LS-450 LED模块,包括读取RTD传感器的电子阅读器;OOIS传感器软件使用温度数据自动纠正氧的读数。

FOXY传感器的温度响应由使用者决定,也可由制造商校准。作为选择之一,如果你提供0-10伏特信号,光谱仪的 A/D也能够读取(检测到)客户提供的温度传感器的数据。

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测试也表明 FOXY传感器的荧光在120o C时永久淬灭,这表面了仪器温度的上限为110o C。虽然低温限制未进行测定,但可以合理的地推定FOXY传感器在低于水的凝固点的温度下也可运行良好。

支持FOXY光纤氧气传感器的技术参考有哪些?

以下是重要的参考资料:

  • Krihak, M.; Shahriari, M.R. A Highly Sensitive, All Solid State Fiber Optic Oxygen Sensor Based on the Sol-gel Coating Technique. Electronics Letters, 1996, Vol. 32, No. 3.
  • Wang, W.; Reimers, C.E.; Wainright, S.C.; Shahriari, M.R.; Morris, M.J. Applying Fiber-Optic Sensors for Monitoring Dissolved Oxygen. Sea Technology, March 1999, Vol. 40, No. 3, pp. 69-74.
  • Krihak, M.; Murtaugh, M.T.; Shahriari. M.R. Fiber Optic Sensors Based on the Sol-gel Coating Technique. Chemical, Biochemical and Environmental Fiber Sensors VIII, 1996, Vol. 2836, pp. 87-98.
  • Shahriari, M.R.; Murtaugh, M.T.; Kwon, H.C. Ormosil Thin Films for Chemical Sensing Platforms. Chemical, Biochemical and Environmental Fiber Sensors IX, 1997, Vol. 3105, pp. 40-51.
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