光纖式氧氣 pH和溫度測量儀FireSting-PRO

氧氣、pH和溫度測量的革命性技術，特別適合光合放氧、水體和土壤微生態研究的測量

光纖式氧氣 pH和溫度測量儀FireSting-PRO主要功能

光纖式氧氣、pH和溫度測量儀采用REDFLASH染料發光技術，具有高精度、高穩定性、低功耗、受干擾程度低、響應快速等特點，已經有廣泛的應用和科研成果；且可連接類型多樣的光學傳感器，滿足不同實驗需求。PyroScience擁有多項新技術，且不斷精益求精，使光纖式多分析物測量儀FireSting-PRO成為高精度氧氣測量領域的方向技術提升，優化設計的生產流程也使得FireSting-PRO在保持產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、發酵過程、酶動力學、細胞培養等氧測量

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

產品特點

采用REDFLASH新技術精確、靈敏的檢測氧氣、pH和溫度

內置濕度和大氣壓傳感器快速準確不間斷的進行數據補償

在氣相、液相、半固相等各種環境中測量多分析物，特別適合光合放氧、酸堿度測量

提供1，2或4通道版本，一臺設備實現氧氣、pH和溫度同步測量

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光學傳感器（測量杯、呼吸瓶、流通室芯片）

傳感器末端直徑從50 µm至3 mm

一臺FireSting-PRO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

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據

可提供OEM定制

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

革命性的 REDFLASH 技術

由PyroScience發明的REDFLASH技術基于只對分析物敏感的REDFLASH染料發光材料。REDFLASH染料受紅光(λ=620 nm)激發后，會根據氧氣含量的多少發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、高穩定性、低功耗、受干擾程度低、響應快速等特點。紅色激發光可有效的減小自發熒光的干擾并降低對生物體的脅迫。

REDFLASH染料被紅光激發后會發出NIR，隨分析物濃度變化而發出的NIR逐漸變化

左圖：A）低氧濃度下高NIR發射；B）高氧濃度下低NIR發射

下圖：A）高pH下低NIR發射；B）低pH濃度下高NIR發射

主要技術參數

系統組成：

FireSting-PRO是一款高精度、緊湊型、基于PC的光纖式多分析物測量儀，可提供單通道、雙通道及四通道版本。可廣泛用于實驗室和野外短期調查或長期監測使用，以及工業領域的氧氣、pH監測。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-PRO主機

圖中為四通道 FireSting O2 主機，其中 S1-S4 為 4 個傳感器接口，通過光纖與傳感器連接；T 為 TDIP15 溫度傳感器接口，USB 連接電腦。

2. 不同類型的傳感器

*含微型和小型傳感器

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部的指定部位，操作精確平穩，以獲取精確測量結果。技術參數：重650g，尺寸65 x 200 x 160 mm，可固定6.5 - 12mm直徑的傳感器，x / y / z軸調節范圍20 mm / 25 mm / 37 mm，x / y / z軸分辨率約100 µm / 100 µm / 10 µm。

為了獲取穩定測量，需要重型支架HS1或輕型支架LS1以穩定支撐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。

應用舉例

1.葉片組織的氧含量測定

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

2 針葉裂隙的氧含量測定

中國臺灣云霧林中的中國臺灣扁柏Chamaecyparis obtuse var. formosana，通過顯微結構調查發現其90%的氣孔聚集在針葉裂隙內，并根據氧氣測量和熒光劑示蹤發現往裂隙加的水滴并不會進入裂隙中。說明中國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、霧和水汽凝結覆蓋氣孔，使得其在高濕環境中保持二氧化碳吸收和進行光合作用。

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力GPP，并測定了其量子產率(QEs)；發現在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，能夠將光分布在珊瑚/組織微結構冠層上，從而使其光合微藻的量子產量很高。

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）

四種不同的光照強度下(160、320、640和1280 μmol m-2 s-1)，總初級生產力(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，通過渦度協方差技術計算氧氣通量。BY和HP兩個海岸海草草甸每天的平均凈氧氣通量分別為：-474到326mmol O2m-2d-1和-74到482 mmol O2m-2d-1；且凈O2產量與光合有效輻射(PAR)呈現顯著相關關系(P-I曲線)；流速在3.30 到6.70 cm s-1時，群落代謝在白天和晚上分別顯著增加了20和5倍，說明流速可能是群落光合作用的主要影響因素。最終， BY的凈生態系統代謝為- 17mmol O2m-2d-1，為異養；而HP為36mmol O2m-2d-1，為自養狀態。

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

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。

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 歐洲鱸魚的組織供養測定

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，很多種類的魚已經消失，而歐洲鱸魚成為優勢種。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。發現增氧操作引起了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。

在靜脈竇中植入一種定制的光學傳感器，用于連續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）

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，發現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，消耗氧氣并產生二氧化碳。

利用氧氣傳感器監測土柱中氧氣變化

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

產地：德國PyroScience