Fiber Optic Oxygen Sensor Frequently Asked Questions

ファイバ光学酸素センサーは、溶存酸素あるいはガス状の酸素の分圧を測定するために蛍光方式を用いています。光ファイバは青色LEDによって生成された励起光をプローブ先端の薄膜コーティングに運びます。先端で生成された蛍光はプローブによって集光され、光ファイバによって高感度の測定器に運ばれます。ガスや液体サンプルの中の酸素が薄膜コーティングに拡散するときに蛍光を消失します。消失の程度は、酸素圧のレベルと相関があります。

蛍光検出の際に測定する光の波長はいくつですか?

センサーの製剤は、青色LED(ピーク出力470nm)からの励起エネルギーを吸収します。蛍光発光のピークは600nm付近です。

酸素はどのくらい正確に蛍光を消失しますか?

3重項としての酸素は、特定の発光体の蛍光と燐光を効率的に消す事ができます。この影響(1939年にKautskyによって最初に解説されました)は、"動的蛍光消失"と呼ばれています。励起状態でフルオロフォアを持つ酸素分子の衝突は、エネルギーの非放射伝達に導きます。消失の程度は衝突の頻度、したがって酸素を含んでいる媒体の濃度、圧力、温度に関連しています。

プローブはどのくらい速く反応しますか?

プローブレスポンスは、センサーにおける酸素の拡散スピードによって制限されます。オーシャンインサイトの標準フィルムは、ガス中で非常に速く(1秒未満)、液体中では僅かに遅くなります。粘性サンプルでは、サンプル中の拡散が反応速度を決めるでしょう。プローブは、水のようなサンプルではすぐに反応し、そしてオイルや乳液、クリームのような粘性サンプルではより遅くなるでしょう。電極と違い、光学センサーは酸素を消費しません。これは、サンプル撹拌が反応速度を増すが最終的な平衡表示に影響を及ぼさないであろう事を意味します。同様に環境照明を排除し、化学的耐性を向上させるためのオーバーコートしたオプションのプローブは、プローブの反応をガスで20-30秒、液体で30-50秒まで遅くするでしょう。

プローブコーティングあるいは測定精度に影響する化学薬品はどんなものが知られていますか?

ガラスは、激しい物理的磨耗と同様に高いアルカリ環境やHF(Hydrogen Fluoride: フッ化水素)による長期の腐食にも影響を受けやすいが、一般的な有機溶媒には影響を受けません。コーティングが傷つくか破壊された場合、僅かな費用で再コーティングできます。また、オーシャンインサイトは普通でない溶媒または危険な溶媒に対する感染性を試験するため、あるいはオーシャンインサイトのラボで再現できない条件のために証明サンプル(低下をカバーするコーティングされたガラス)をご提供します。測定精度は、競争的に蛍光を消す化合物によって影響を受けます。各センサーコーティングの化学的な適合性に関する詳細はこちらをご覧下さい。

なぜプローブは1年だけ衰えないのですか?

プローブは、新しい製品への慎重な取り組みとして1年間保証されています。良好な環境でのプローブは非常に長い間衰えないであろうと予想されます。しかし、重大な確実性で識別するプローブの製品開発がもうまもなくあります。

プローブの劣化を遅くする/速めるものは何ですか?

センサー製剤が光劣化を受ける可能性があるので、励起エネルギーへの完全な露出は最小にすべきです。ソフトウェア操作は、測定サイクル間でのみプローブに照射するようにLEDのオン/オフをします。同様に、ガラスの激しい生物付着、物理的磨耗、および化学的なエッチングは、検出面を腐食するでしょう。これら環境からのクリーニングや保護は、センサー寿命を延ばすでしょう。

2分岐ファイバアセンブリはプローブを測定器と励起光源に接続するためだけに使われるのですか?あるいはプローブ自体が2分岐光ファイバなのですか?

既製品としてご利用いただけるいくつかのプローブ、そしてカスタム設計としてご利用いただけるその他製品があります。標準プローブ -- 型番末尾が"-R"のプローブ -- は、1/外径16インチのステンレススチールのフェルールに入っている1mm径で石英コア、石英クラッドのファイバです。その先端は30度の角度で磨かれており、センサー製剤でコーティングされています。反対側は、スタンダードSMAコネクタで終端されています。このプローブは、600μm径の2分岐ファイバに接続され、2分岐の片側は励起用に、もう片側は蛍光信号を測定器に導くために使われます。全てのプローブオプションのリストについてはこちらをご覧下さい。

包装された製品のヘッドスペースを測定するためにセンサープローブは使えますか?

ご使用いただけます。オーシャンインサイトのニードルプローブは、血清バイアルの隔膜を通して挿入するための特殊な芯を抜いていないニードルに組み込まれています。プローブがオーバーコートつきで提供された場合、プローブはサンプルのヘッドスペースおよび溶存酸素の両方を試験するためにご使用いただけます。製薬包装や飲食物の包装のヘッドスペースは、同社の顧客が観測しているサンプルのひとつです。

より小さい径のファイバはプローブに使えますか?

ファイバの径のサイズで信号強度や光測定のS/Nが決まります。いかなるサイズのファイバもコーティング可能です。

プローブは環境照明によって影響されますか?

プローブは、環境照明に影響を受けるでしょう。すべてのプローブタイプは、密閉容器への設置によって、あるいは暗い筐体でプローブを遮蔽する事によって環境照明から遮蔽されるべきです。オーシャンインサイトのxxx-T1000(xxx=FOXY、FOSPOR、まはたHIOXY)プローブは、ファイバの光学的視野角をブロックするためのねじ止めキャップを備えている一方、プローブの先端には用意に接触可能です。またシリコンのオーバーコートは、環境照明の影響をなくすためプローブに適用可能です(無料)。

プローブの測定範囲はどのくらいですか?

プローブは、1気圧(0-760mmHg分圧)においてガスサンプルで0-100%(モル%)に反応するでしょう。水では、プローブは0-40.7ppm(0-760mmHg分圧)に反応するでしょう。その他の液体では、プローブは0からその特定液体での酸素飽和レベルまでに反応します。

オーシャンインサイトの仕様は、"低い"と"高い"酸素濃度の条件を使います。分解能を決める際、酸素濃度はどこで"低い"、"高い"を分けますか?プローブの(電圧または蛍光強度に関する)出力は、シュテルン-フォルマー方程式によって解説される非線形関数です。プローブは、低濃度でより敏感です。感度は、ガスおよび水での単位で下記に示されます(光測定のS/N比は1800:1としています)。これは"代表的な"セットアップに相当し、蛍光ピーク(大体、酸素0で1800カウント、高い基準で1000カウントです)において200ピクセルにわたり平均を取っています。よりよいS/N比は、時間平均する事によって実現可能ですが、サンプリング周期が遅くなります。

プローブ精度はどれくらいですか？

システムの精度は、分解能(ランダムノイズ)、シュテルン-フォルマー関係からの逸脱、および校正実験の精度によって制限されます。シュテルン-フォルマー関係は、水の中に溶けているような低い酸素圧レベルには有効です。シュテルン-フォルマー関係からの逸脱は、主により高い酸素圧レベルで起こります。これら逸脱は定量化可能で、校正は通常の高/低の基準の代わりにいくつかの校正点を取得する事で調整されます。

校正の精度は、それ自身重要です。下記数値は、I₀(酸素圧0での蛍光強度)または高い校正点での強度のどちらかの記録の際の1%の誤差から生じる誤差の大きさを示しています。

プローブの温度依存はどれくらい影響されやすいですか?

温度は、蛍光強度とフルオロフォアを持つ酸素分子の衝突頻度の両方に影響を及ぼします。温度変化はまた、分析物における酸素の可溶性にも影響を及ぼします。正味の影響は、校正の傾きの変化として見えます。正確な結果を出すため、サンプルは一定温度(+/-1℃)で保たれなければなりません。

これが非現実的であれば、温度はサーミスタまたは熱電対で同時に測定すべきです。FOXY-T-MOD-1またはFOXY-T-MOD-Kコントローラは、コンピュータのRS-232ポートに接続し、温度データを取得します。USB4000-FL分光器に取り付けるUSB-LS-450 LEDモジュールは、RTDタイプのセンサーを読むための電子回路を含んでいます; OOISensorsソフトウェアは、自動的に酸素表示を補正するために温度データを用います。

オーシャンインサイトのセンサーの温度レスポンスは、ユーザによって確定する、あるいは工場校正によって供給する事が可能です。代わりに、ユーザ自身の温度センサーからのデータは、0-10ボルトの信号で供給する場合、分光器のA/D機能によって読み取り(検出)可能です。

同様に試験はセンサー蛍光が120℃以後、不変に消失すると思われる事を明らかにし、上限温度が110℃である事を示しています。下限温度は試験されていませんが、オーシャンインサイトは、センサーが十分に水の氷点下で効率よく動作する事を合理的に推論しています。

どんな技術参照がファイバ光学酸素センサーのサポートに利用できますか?

次のものは、現在まで最も重要な参考文献です:

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