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光纖式氧氣測量儀 FireSting-O2
日期:2022-07-08 16:23:31

光纖式氧氣測量儀 FireSting-O2

氧氣測量的革命性技術,特別適合光合放氧、水體和土壤微生態(tài)研究的測量


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主要功能:

光纖式氧氣測量儀采用REDFLASH染料發(fā)光技術,具有高精度、高穩(wěn)定性、低功耗、受干擾程度低、響應快速等特點,已經(jīng)有廣泛的應用和科研成果;且可連接類型多樣的氧氣傳感器,滿足不同實驗需求。PyroScience擁有多項新技術,且不斷精益求精,使光纖式氧氣測量儀FireSting-O2成為高精度氧氣測量領域的標桿,優(yōu)化設計的生產(chǎn)流程也使得FireSting-O2在保持產(chǎn)品高性能的同時維持具有競爭力的價格。


應用領域:

l  水體溶解氧、藻類及藻類生物膜和植物的光合作用與呼吸作用測量

l  水生動物(魚類、水生昆蟲等無脊椎動物、浮游動物)等呼吸代謝測量

l  陸生動物、實驗動物、動物組織、血液等呼吸代謝測量

l  土壤、濕地、海洋沉積、河湖沉積剖面氧測量

l  生物反應器、發(fā)酵過程、酶動力學、細胞培養(yǎng)等氧測量

l  糧食食品儲運、葡萄酒等氧測量

l  污水處理、沼氣、垃圾填埋場、有機物降解等氧測量


產(chǎn)品特點:

l  采用REDFLASH新技術精確、靈敏的檢測氧氣

l  內(nèi)置濕度和大氣壓傳感器快速準確不間斷的進行數(shù)據(jù)補償

l  在氣相、液相、半固相等各種環(huán)境中測量氧含量,特別適合光合放氧測量

l  提供1,24通道版本

l  既可連接微型傳感器,小型傳感器,堅固型探針、可換帽探針、納米探針、耐溶劑探針,也可連接非接觸式點狀傳感器(測量杯、呼吸瓶、流通室芯片)

l  傳感器末端直徑從50 μm3 mm

l  一臺FireSting-O2可以同時連接幾個不同測量范圍(標準和痕量)、不同種類分析物傳感器一起使用

l  通過USB連接PC供電和控制;或獨立供電,采用Broadcast模式運行和模擬通道輸出數(shù)據(jù)

l  可提供OEM定制

l  新版PyroScience Workbench可同時連接10臺氧氣測量儀,還可進行漂移補償和氧氣速率計算


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革命性的REDFLASH技術

PyroScience發(fā)明的REDFLASH技術基于只對氧氣敏感的REDFLASH染料發(fā)光材料。REDFLASH染料受紅光(λ=620 nm)激發(fā)后,會根據(jù)氧氣含量的多少發(fā)出不同強度的近紅外光(760nm NIR)。通過NIR強度的測量可以反映氧氣含量。REDFLASH技術擁有高精度、高穩(wěn)定性、低功耗、受干擾程度低、響應快速等特點。紅色激發(fā)光可有效的減小自發(fā)熒光的干擾并降低對生物體的脅迫。

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REDFLASH染料被紅光激發(fā)后會發(fā)出NIR,隨氧氣濃度上升發(fā)出的NIR逐漸降低(淬滅效應)。A)低氧濃度下高NIR發(fā)射;B)高氧濃度下低NIR發(fā)射


主要技術參數(shù):



重量:

290 g

尺寸(寬xx高):

78 x 120   x 24 mm

接口類型:

USB

測量原理:

REDFLASH染料發(fā)光技術

O2傳感器類型:

微型傳感器,小型傳感器,堅固型探針、可換帽探針、納米探針、耐溶劑探針,點狀傳感器(測量杯、呼吸瓶、流通室芯片)

外部溫度傳感器:

型號:TDIP15,類型:4PT100,測量范圍-30°C-150°C   ,分辨率0.02°C,精度±0.5°C

內(nèi)置大氣壓傳感器

測量范圍300-1100mbar,分辨率   0.06mbar, 精度±3mbar

內(nèi)置濕度傳感器

測量范圍0-100%RH,分辨率0.04%   RH,精度±0.2%RH

輸入通道:

l    1、24個光學(氧氣或溫度)

l    1PT100溫度

測量范圍:

l  氣相:0-50%   O2、 液相:0-22   mg/L (DO) (標準傳感器)

l  氣相:0-10% O2、液相:0-4.5   mg/L(DO) (痕量傳感器)

檢測限:

l    氣相:0.02%、液相:0.01   mg/L (DO) (標準傳感器)

l    氣相:±0.005%、液相:0.002   mg/L (DO) (痕量傳感器)

精度:

l    氣相:±0.2%(20%   O2)、液相:±0.01mg/L(標準傳感器)

l    氣相:±0.02%(1%   O2)、液相:0.001 mg/L at 0.1 mg/L  (痕量傳感器)

響應時間(t90):

低至0.3   s (氣體/溶解氧)

最大采樣頻率

10-20個樣品/

支持系統(tǒng):

Windows 7/8/10/11

供電:

USB (5VDC、50mA,最大不超過70mA)

擴展接口

串行接口(UART),   ASCII通信協(xié)議

模擬輸出

4個獨立模擬輸出,0-2.5VDC,   14位分辨率

操作/儲存條件:

l    ~ 50 /   -10-60oC

l    非冷凝

可選模塊:

l    OEM


系統(tǒng)組成:


FireSting-O2是一款高精度、緊湊型、基于PC的光纖式氧氣測量儀,可提供單通道、雙通道及四通道版本??蓮V泛用于實驗室和野外短期調(diào)查或長期監(jiān)測使用,以及工業(yè)領域的氧氣監(jiān)測。主機通過USB接口連接電腦供電和控制;每種型號的主機均包含一個溫度傳感器接口,用以連接PT100型(例如TDIP15)溫度探頭。


1.       FireSting-O2主機

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圖中為四通道FireSting-O2主機, 4個光學通道,可連接光學氧氣和溫度探頭;1PT100溫度探頭接口。


2.      不同類型的傳感器


傳感器

型號

分析物

應用

 堅固型探針、可換帽探針

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OXROB…

氧氣

攪拌的溶液、氣體

TPROB …

溫度

可伸縮針狀傳感器

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*OXR…

氧氣

溶液、氣體及半固體樣品

TPR…

溫度

固定針狀傳感器*

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*OXF…   

氧氣

氣體及溶液及半固體樣品(特別是海水)

TPF…

溫度

OXF…-PT

氧氣

氣體(刺穿隔膜/包裝)

裸露式光纖傳感器*  

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*OXB…

氧氣

溶液、氣體及定制

TPB…

溫度

耐溶劑探針

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OXSOLV...

氧氣

許可的極性、非極性溶劑

納米探針

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OXNANO

氧氣

水溶液及微流體的應用

點狀傳感器、自粘點狀傳感器

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OXSP5

氧氣

溶液、氣體

TPSP5

溫度

呼吸檢測瓶、合并檢測瓶

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OXVIAL…

氧氣

溶液、氣體

TOVIAL…

溫度、氧氣

流通室芯片

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OXFTC…

氧氣

溶液、氣體

OXFTCR

氧氣

TPFTC2

溫度

TOFTC2

溫度、氧氣


3.      手動微操縱臺(Micromanipulator



當需要精確測量半固體(如底泥、biofilm等)中的氧氣濃度,特別是需要精確的分層測量時,可以使用手動型微操縱器MM33操縱光纖氧氣傳感器。MM33可以X,Y,Z軸手動定位,三個軸的三個控制旋鈕的位置非常緊湊和方便。當固定上針狀探針以后,通過手動控制微操縱器將探針準確的移動到樣品內(nèi)部的指定部位,操作精確平穩(wěn),以獲取精確測量結(jié)果。技術參數(shù):650g,尺寸65 x 200 x 160 mm,可固定6.5 - 12mm直徑的傳感器,x / y / z軸調(diào)節(jié)范圍20 mm / 25 mm / 37 mm,x / y / z軸分辨率約100 μm / 100 μm / 10 μm。

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為了獲取穩(wěn)定測量,需要重型支架HS1或輕型支架LS1以穩(wěn)定支撐MM33微操縱臺。微操縱臺重型支架10kg,輕型支架4.5kg;尺寸400 x 360 x 560 mm,穩(wěn)定支撐微操縱臺;擺動自由三角基;最多可裝載4臺微操縱臺;2根直徑12mm,高500 mm的安裝桿,耐酸和海水。

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應用舉例:


1.葉片組織的氧含量測定



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圖片來源:Courtesy of J. Kirchberg and M. FischerMartin-Luther-University, Halle-Wittenberg, and J. BravidorDepartment of Lake Research, Helmholtz Centre for Environmental Research UFZ, Magdeburg (both in Germany)


2.針葉裂隙的氧含量測定


臺灣云霧林中的臺灣扁柏Chamaecyparis obtuse var. formosana,通過顯微結(jié)構(gòu)調(diào)查發(fā)現(xiàn)其90%的氣孔聚集在針葉裂隙內(nèi),并根據(jù)氧氣測量和熒光劑示蹤發(fā)現(xiàn)往裂隙加的水滴并不會進入裂隙中。說明臺灣扁柏具有疏水性,氣孔隱窩、氣孔聚集等旱生型特征,裂隙存在一層空氣層(葉氣膜),可防止沉降、霧和水汽凝結(jié)覆蓋氣孔,使得其在高濕環(huán)境中保持二氧化碳吸收和進行光合作用。

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氧傳感器(50μm直徑針尖)放置在裂隙處。a.干燥的葉;b, c. 加一滴5μl水滴;d. 加三滴5μl水滴


參考文獻Pariyar S , Chang S C , Zinsmeister D , et al. Xeromorphic traits help to maintain photosynthesis in the perhumid climate of a Taiwanese cloud forest[J]. Oecologia, 2017, 184(3):1-13.


3.珊瑚總初級生產(chǎn)力的研究


澳大利亞大堡礁的大型珊瑚Montastrea curta在流通室中照射不同強度的光照,隨水深度不同測定其O2含量并計算初級生產(chǎn)力GPP,并測定了其量子產(chǎn)率(QEs);發(fā)現(xiàn)在640 μmol m-2 s-1的中等光照強度下,雖說能量利用效率很低(僅4%),但達到很高的光合效率(0.1 O2 photon-1)。說明珊瑚是一種高效的光收集器,能夠?qū)⒐夥植荚谏汉?/span>/組織微結(jié)構(gòu)冠層上,從而使其光合微藻的量子產(chǎn)量很高。

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珊瑚在不同光照強度下的光合速率(O2含量計算)測定的實驗設置(a)和氧氣傳感器布置(b


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四種不同的光照強度下(160、320、6401280 μmol m-2 s-1),總初級生產(chǎn)力(nmol O2 cm-3 s-1) (黑色條形圖)和相應的O2濃度(μM)(線條及圓點)的水深度垂直分布圖

參考文獻:Brodersen K , Lichtenberg M , Ralph P , et al. Radiative energy budget reveals high photosynthetic efficiency in symbiont-bearing corals[J]. Journal of the Royal Society Interface, 2014, 11(93):20130997.


4.沿海海底草甸的氧含量測定


原位監(jiān)測保加利亞Byala海灣(A)和韓國Hoopo海灣(B)沿海水域海草草甸的氧氣,通過渦度協(xié)方差技術計算氧氣通量。BYHP兩個海岸海草草甸每天的平均凈氧氣通量分別為:-474326mmol O2m-2d-1-74482 mmol O2m-2d-1;且凈O2產(chǎn)量與光合有效輻射(PAR)呈現(xiàn)顯著相關關系(P-I曲線);流速在3.30 6.70 cm s-1時,群落代謝在白天和晚上分別顯著增加了205倍,說明流速可能是群落光合作用的主要影響因素。最終, BY的凈生態(tài)系統(tǒng)代謝為- 17mmol O2m-2d-1,為異養(yǎng);而HP36mmol O2m-2d-1,為自養(yǎng)狀態(tài)。

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保加利亞Byala海灣(A)和韓國Hoopo海灣(B)沿海水域海草的氧氣測量

BY海灣(上)和HP海灣(下)沿海水域海草的15分鐘氧通量和光合有效輻射(PAR);正通量代表海草釋放O2

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參考文獻Lee J S , Kang D J , Hineva E , et al. Estimation of net ecosystem metabolism of seagrass meadows in the coastal waters of the East Sea and Black Sea using the noninvasive eddy covariance technique[J]. Ocean Science Journal, 2017, 52(1):1-14.


5.深海沉積物的原位氧含量測定

原位檢測了北極深海(2500m)沉積物中的氧通量,在沉積物邊界層低氧梯度和通量、低湍流和低顆粒含量的限制條件下,計算得到的渦度協(xié)方差湍流氧通量(-0.9+-0.2 (SD) mmol O2m-2d-1)、溶解氧通量 (-1.02+-0.3 (SD) mmol O2m-2d-1)和沉積物培養(yǎng)室法測得的總吸氧量(-1.1+-0.1(SD) mmol O2m-2d-1)具有一致性,說明該位點以微生物介導的耗氧量為主,底棲生物平均碳礦化速率為4.3gC m2 yr-1,超過了沉積物采集器測定到的顆粒有機物年沉積量。

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圖片來源: Dr. Frank Wenzhoefer, group for Deep Sea Ecology and Technology, Alfred-Wegener-Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven, and Max-Planck-Institute for Marine Microbiology, Bremen (both inGermany)

參考文獻Donis D , Mcginnis D F , Holtappels M , et al. Assessing benthic oxygen fluxes in oligotrophic deep sea sediments (HAUSGARTEN observatory)[J]. Deep-Sea Research Part I, 2016, 111:1-10.


6.歐洲鱸魚的組織供氧測定


瑞典Forsmark的瀉湖,因核電站冷卻用抽走了冷水,周邊溫暖的污水直接注入引起了緩慢的水溫升高,很多種類的魚已經(jīng)消失,而歐洲鱸魚成為優(yōu)勢種。利用光學氧傳感器測定了高溫下鱸魚(Perca fluviatilis Linneaus)的有氧代謝率和靜脈血氧分壓,并測定臨界高溫CTmax。發(fā)現(xiàn)增氧操作引起了23°C下有氧范圍的雙倍增大,而臨界高溫CTmax(34.6±0.1)與對照(34.0±0.5°C)沒有顯著增加;而缺氧操作在有氧范圍和CTmax方面與對照都沒有顯著差異。說明氧限制并不是決定魚類CTmax的普遍機制。


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在靜脈竇中植入一種定制的光學傳感器,用于連續(xù)測量靜脈血液中的氧氣分壓。

圖片來源: Timothy Clark – Australian Institute of Marine Science, Townsville, Australia.(左)Erik Sandblom – University of Gothenburg, G?teborg, Sweden.(右)


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歐洲鱸魚在富氧hyperoxic和缺氧anaemic下的代謝反應。A.耗氧速率(M?O2)不受處理影響; B. 23°C標準代謝率(SMR),最大

代謝率(MMR)和有氧范圍(AS)

參考文獻Brijs J , Jutfelt F , Clark T D , et al. Experimental manipulations of tissue oxygen supply do not affect warming tolerance of European perch[J]. Journal of Experimental Biology, 2015, 218(15):2448-2454.


7.蚯蚓生活的人工土柱中氧氣測定


將葡萄糖制備的壓實土塊加入人工土柱后,檢測土柱中氧含量變化,發(fā)現(xiàn)氧氣含量隨時間變化下降。這是由于葡萄糖的加入引起土壤動物(蚯蚓)的生物呼吸作用增強,消耗氧氣并產(chǎn)生二氧化碳。


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利用氧氣傳感器監(jiān)測土柱中氧氣變化

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土柱中加入葡萄糖土塊后,土壤氧氣含量(%)隨時間下降

圖片來源: Hochschule Osnabrück (Germany), Faculty of Agricultural Sciences and Landscape Architecture





產(chǎn)地:德國Pyro Science


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