발광 산소 센서 (Luminescent Oxygen Sensor)
기본원리

산소의 광학 반응은 1939년, Kautsky의 연구로 발명되었습니다. 그는 산소는 지시계의 형광 빛을 역동적으로 소광시킨다고 규명하였습니다 (광양자가 감소 ). 이 원리는 폐수의 수생물학 모니터링 , 혈액 가스 분석 테스트, 세포 배양 모니터링과 같은 다양한 분야에 소개되었습니다.

수중의 산소 측정 방법은 현재 ASTM (미국재료시험협회 )에서 승인하고 있습니다. 전기화학 센서를 사용하여 전형적인 산소 감지를 할 때와 비교하면, 발광 기술은 산소 소모가 없고, 샘플 유속에 영향을 받지 않으며 전해액이 필요 없고 유지관리 빈도가 낮습니다 .

산소의 광학 감지는 그림 1처럼, 붉은 형광 빛 측정 /지시계로 발산하는 푸른 빛의 비율을 근간으로 합니다.

그림 1: 형광 빛을 사용한 산소 감지의 광학원리

형광 빛은 산소에 의하여 소광됩니다. 그림 2의 왼쪽에서 보여지는 것과 같이, 산소 농도는 형광 강도의 소광 시간을 측정하여 계산할 수 있습니다. 산소의 농도가 높을수록, 소광 시간은 짧아집니다.

자극을 변화시키면, 소광 시간은 변화된 형광 신호의 위상으로 변환되며, 이것은 형광 강도와 포텐셜 에이징과는 관계가 없습니다 ( 그림 2 오른쪽 ).

그림 2: 형광 소광 시간과 (왼쪽 ) 변화된 신호 (오른쪽 )

산소 분압은 (рO2) 대응하는 위상 측정 (Φ)과 연결하여 센서 보정 곡선을 형성합니다 (아래의 그림 3의 오른쪽 ). 이 곡선은 K_sv Stern-Volmer 등식으로 나타납니다 (아래의 그림 3의 왼쪽 ).

K_sv는 소광 상수 (mbar -1)로 산소의 소광율을 나타내며 센서 감도인, F₀은 상수이고 Φ₀은 소광 전 형광 색깔이 소광하기 전에 산소가 0일 때의 위상을 나타내는 상수입니다. 그러므로 보정 커브는 2가지의 요소에 영향을 받습니다 : 산소가 0일때의 위상이동과 형광 스팟 감도 K sv입니다. 용존 산소 농도는 온도에 따른 물의 용해도 곡선을 사용한 헨리의 법칙으로 계산합니다.

그림 3: Stern & Volmer 등식과 보정 곡선