光学溶解氧传感器

光学溶解氧传感器可测量氧气与某些发光染料之间的相互作用。当暴露于蓝光时,这些染料变得激发(电子获取能量)并随着电子返回其正常能量状态而发光。当存在溶解的氧气时,由于氧气分子与染料相互作用,返回的波长受到限制或改变。测得的效果与氧气5的分压成反比。尽管这些光学DO传感器中的一些被称为荧光传感器,但该术语在技术上是不正确的。这些传感器会发出蓝光,而不是紫外线,因此通常称为光学或发光DO传感器。光学溶解氧传感器可以测量发光强度或寿命,因为氧气会同时影响两者。

光学DO传感器由半透膜,传感元件,发光二极管(LED)和光电探测器3组成。感测元件包含固定在溶胶-凝胶,干凝胶或其他基质中的发光染料。染料暴露于LED 3发出的蓝光时会发生反应。一些传感器还将发出红光作为参考,以确保准确性5。该红光将不会引起发光,而只会被染料7反射回来。染料在蓝光下的强度和发光寿命取决于水样23中的溶解氧量。当氧气穿过膜时,它与染料相互作用,从而限制了发光3的强度和寿命。返回的发光强度或寿命由光电探测器测量,并可用于计算溶解氧浓度。

溶解氧的浓度(通过其分压测量)与发光寿命成反比,如Stern-Volmer公式所示:

I o / I = 1 + k q * t 0 * O 2
I o =无氧条件下染料的发光
强度或寿命I = 有氧条件下的发光强度或寿命
k q =猝灭速率系数
t 0 =染料的发光寿命
O 2 =氧气浓度(作为分压)
此公式**地适用于低溶解氧浓度7。在高浓度下,此测量是非线性的23。这种非线性来自氧气在染料25的聚合物基体中相互作用的方式。在聚合物中,溶解气体显示出与亨利定律(确定分压)25的负偏差。这意味着更高浓度的染料基质中的氧溶解度将遵循修改后的Stern-Volmer公式:

我Ó / I = 1 + AO 2 + BO 2 /(1 + b0的2)
我Ô =强度或染料的发光的寿命没有氧气
I =强度或氧存在发光寿命
A,B,B =斯特恩-沃尔默和非线性溶解度模型淬灭常数
O 2 =氧气浓度(作为分压)
使用此方程式需要输入特定于每个新传感器盖或更换传感器盖5的预定传感器常数(I o,A,B,b)。

光学溶解氧传感器往往比其电化学对应物更准确,并且不受硫化氢或其他可能渗透到电化学溶解氧膜7的气体的影响。它们还能够**测量非常低浓度的溶解氧3。

光学DO传感器具有**低的维护要求,因此是长期监控程序的理想选择。他们可以进行几个月的校准,并且几乎没有(如果有)校准漂移。这些溶解氧传感器在进行测量时也不需要任何预热时间或搅拌。在很长一段时间内,染料会降解,因此需要更换传感元件和膜,但是与电化学传感器膜的更换相比,这种更换非常少见。与强度测量传感器相比,发光寿命测量传感器受染料降解的影响较小,这意味着即使发生某些光降解,它们仍将保持其准确性。

然而,与电化学溶解氧传感器7、14相比,光学溶解氧传感器通常需要更多的功率并且花费2-4倍的时间来获取读数。这些传感器还严重依赖于温度7。发光强度和寿命都受环境温度23的影响,尽管大多数传感器将包括一个热敏电阻来自动校正数据。