光學溶解氧傳感器

光學溶解氧傳感器可測量氧氣與某些發光染料之間的相互作用。當暴露于藍光時,這些染料變得激發(電子獲取能量)并隨著電子返回其正常能量狀態而發光。當存在溶解的氧氣時,由于氧氣分子與染料相互作用,返回的波長受到限制或改變。測得的效果與氧氣5的分壓成反比。盡管這些光學DO傳感器中的一些被稱為熒光傳感器,但該術語在技術上是不正確的。這些傳感器會發出藍光,而不是紫外線,因此通常稱為光學或發光DO傳感器。光學溶解氧傳感器可以測量發光強度或壽命,因為氧氣會同時影響兩者。

光學DO傳感器由半透膜,傳感元件,發光二極管(LED)和光電探測器3組成。感測元件包含固定在溶膠-凝膠,干凝膠或其他基質中的發光染料。染料暴露于LED 3發出的藍光時會發生反應。一些傳感器還將發出紅光作為參考,以確保準確性5。該紅光將不會引起發光,而只會被染料7反射回來。染料在藍光下的強度和發光壽命取決于水樣23中的溶解氧量。當氧氣穿過膜時,它與染料相互作用,從而限制了發光3的強度和壽命。返回的發光強度或壽命由光電探測器測量,并可用于計算溶解氧濃度。

溶解氧的濃度(通過其分壓測量)與發光壽命成反比,如Stern-Volmer公式所示:

I o / I = 1 + k q * t 0 * O 2
I o =無氧條件下染料的發光
強度或壽命I = 有氧條件下的發光強度或壽命
k q =猝滅速率系數
t 0 =染料的發光壽命
O 2 =氧氣濃度(作為分壓)
此公式**地適用于低溶解氧濃度7。在高濃度下,此測量是非線性的23。這種非線性來自氧氣在染料25的聚合物基體中相互作用的方式。在聚合物中,溶解氣體顯示出與亨利定律(確定分壓)25的負偏差。這意味著更高濃度的染料基質中的氧溶解度將遵循修改后的Stern-Volmer公式:

我Ó / I = 1 + AO 2 + BO 2 /(1 + b0的2)
我Ô =強度或染料的發光的壽命沒有氧氣
I =強度或氧存在發光壽命
A,B,B =斯特恩-沃爾默和非線性溶解度模型淬滅常數
O 2 =氧氣濃度(作為分壓)
使用此方程式需要輸入特定于每個新傳感器蓋或更換傳感器蓋5的預定傳感器常數(I o,A,B,b)。

光學溶解氧傳感器往往比其電化學對應物更準確,并且不受硫化氫或其他可能滲透到電化學溶解氧膜7的氣體的影響。它們還能夠**測量非常低濃度的溶解氧3。

光學DO傳感器具有**低的維護要求,因此是長期監控程序的理想選擇。他們可以進行幾個月的校準,并且幾乎沒有(如果有)校準漂移。這些溶解氧傳感器在進行測量時也不需要任何預熱時間或攪拌。在很長一段時間內,染料會降解,因此需要更換傳感元件和膜,但是與電化學傳感器膜的更換相比,這種更換非常少見。與強度測量傳感器相比,發光壽命測量傳感器受染料降解的影響較小,這意味著即使發生某些光降解,它們仍將保持其準確性。

然而,與電化學溶解氧傳感器7、14相比,光學溶解氧傳感器通常需要更多的功率并且花費2-4倍的時間來獲取讀數。這些傳感器還嚴重依賴于溫度7。發光強度和壽命都受環境溫度23的影響,盡管大多數傳感器將包括一個熱敏電阻來自動校正數據。

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