光纤式氧气、pH和温度测量仪FireSting-PRO

氧气、pH和温度测量的革命性技术，特别适合光合放氧、水体和土壤微生态研究的测量

主要功能

光纤式氧气、pH和温度测量仪采用REDFLASH染料发光技术，具有高精度、高稳定性、低功耗、受干扰程度低、响应快速等特点，已经有广泛的应用和科研成果；且可连接类型多样的光学传感器，满足不同实验需求。PyroScience拥有多项新技术，且不断精益求精，使光纤式多分析物测量仪FireSting-PRO成为高精度氧气测量领域的标杆，优化设计的生产流程也使得FireSting-PRO在保持产品高性能的同时维持具有竞争力的价格。

应用领域

l 水体溶解氧、藻类及藻类生物膜和植物的光合作用与呼吸作用测量

l 水生动物（鱼类、水生昆虫等无脊椎动物、浮游动物）等呼吸代谢测量

l 陆生动物、实验动物、动物组织、血液等呼吸代谢测量

l 土壤、湿地、海洋沉积、河湖沉积剖面氧测量

l 生物反应器、发酵过程、酶动力学、细胞培养等氧测量

l 粮食食品储运、葡萄酒等氧测量

l 污水处理、沼气、垃圾填埋场、有机物降解等氧测量

产品特点

采用REDFLASH新技术精确、灵敏的检测氧气、pH和温度

内置湿度和大气压传感器快速准确不间断的进行数据补偿

在气相、液相、半固相等各种环境中测量多分析物，特别适合光合放氧、酸碱度测量

提供1，2或4通道版本，一台设备实现氧气、pH和温度同步测量

既可连接微型传感器，小型传感器，坚固型探针、可换帽探针、纳米探针、耐溶剂探针，也可连接非接触式点状光学传感器（测量杯、呼吸瓶、流通室芯片）

传感器末端直径从50 µm至3 mm

一台FireSting-PRO可以同时连接几个不同测量范围（标准和痕量）、不同种类分析物传感器一起使用

通过USB连接PC供电和控制；或独立供电，采用Broadcast模式运行和模拟通道输出数据

可提供OEM定制

新版PyroScience Workbench可同时连接10台测量仪，还可进行漂移补偿和氧气速率计算

革命性的 REDFLASH 技术

由PyroScience发明的REDFLASH技术基于只对分析物敏感的REDFLASH染料发光材料。REDFLASH染料受红光(λ=620 nm)激发后，会根据氧气含量的多少发出不同强度的近红外光（760nm NIR）。通过NIR强度的测量可以反映氧气含量。REDFLASH技术拥有高精度、高稳定性、低功耗、受干扰程度低、响应快速等特点。红色激发光可有效的减小自发荧光的干扰并降低对生物体的胁迫。

REDFLASH染料被红光激发后会发出NIR，随分析物浓度变化而发出的NIR逐渐变化

左图：A）低氧浓度下高NIR发射；B）高氧浓度下低NIR发射

下图：A）高pH下低NIR发射；B）低pH浓度下高NIR发射

主要技术参数

系统组成：

FireSting-PRO是一款高精度、紧凑型、基于PC的光纤式多分析物测量仪，可提供单通道、双通道及四通道版本。可广泛用于实验室和野外短期调查或长期监测使用，以及工业领域的氧气、pH监测。主机通过USB接口连接电脑供电和控制；每种型号的主机均包含一个温度传感器接口，用以连接PT100型（例如TDIP15）温度探头。

1.FireSting-PRO主机

图中为四通道 FireSting O₂ 主机，其中 S1-S4 为 4 个传感器接口，通过光纤与传感器连接；T 为 TDIP15 温度传感器接口，USB 连接电脑。

2. 不同类型的传感器

*含微型和小型传感器

3. 手动微操纵台（Micromanipulator）

当需要精确测量半固体（如底泥、biofilm等）中的氧气浓度，特别是需要精确的分层测量时，可以使用手动型微操纵器MM33操纵光纤氧气传感器。MM33可以X，Y，Z轴手动定位，三个轴的三个控制旋钮的位置非常紧凑和方便。当固定上针状探针以后，通过手动控制微操纵器将探针准确的移动到样品内部的指定部位，操作精确平稳，以获取精确测量结果。技术参数：重650g，尺寸65 x 200 x 160 mm，可固定6.5 - 12mm直径的传感器，x / y / z轴调节范围20 mm / 25 mm / 37 mm，x / y / z轴分辨率约100 µm / 100 µm / 10 µm。

为了获取稳定测量，需要重型支架HS1或轻型支架LS1以稳定支撑MM33微操纵台。微操纵台重型支架10kg，轻型支架4.5kg；尺寸400 x 360 x 560 mm，稳定支撑微操纵台；摆动自由三角基；最多可装载4台微操纵台；2根直径12mm，高500 mm的安装杆，耐酸和海水。

应用举例

1.叶片组织的氧含量测定

图片来源：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 针叶裂隙的氧含量测定

台湾云雾林中的台湾扁柏Chamaecyparis obtuse var. formosana，通过显微结构调查发现其90%的气孔聚集在针叶裂隙内，并根据氧气测量和荧光剂示踪发现往裂隙加的水滴并不会进入裂隙中。说明台湾扁柏具有疏水性，气孔隐窝、气孔聚集等“旱生型”特征，裂隙存在一层空气层（叶气膜），可防止沉降、雾和水汽凝结覆盖气孔，使得其在高湿环境中保持二氧化碳吸收和进行光合作用。

氧传感器(50μm直径针尖)放置在裂隙处

a.干燥的叶；b, c. 加一滴5μl水滴；d. 加三滴5μl水滴

参考文献：

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 珊瑚总初级生产力的研究

澳大利亚大堡礁的大型珊瑚Montastrea curta在流通室中照射不同强度的光照，随水深度不同测定其O₂含量并计算初级生产力GPP，并测定了其量子产率(QEs)；发现在640 μmol m^-2 s^-1的中等光照强度下，虽说能量利用效率很低（仅4%），但达到很高的光合效率（0.1 O₂ photon^-1）。说明珊瑚是一种高效的光收集器，能够将光分布在珊瑚/组织微结构冠层上，从而使其光合微藻的量子产量很高。

强度下的光合速率（O₂含量计算）测定的

实验设置（a）和氧气传感器布置（b）

四种不同的光照强度下(160、320、640和1280 μmol m^-2 s^-1)，总初级生产力(nmol O₂ cm^-3 s^-1) (黑色条形图)和相应的O₂浓度(μM)(线条及圆点)的水深度垂直分布图

参考文献

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测定

原位监测保加利亚Byala海湾（A）和韩国Hoopo海湾（B）沿海水域海草草甸的氧气，通过涡度协方差技术计算氧气通量。BY和HP两个海岸海草草甸每天的平均净氧气通量分别为：-474到326mmol O₂m^-2d^-1和-74到482 mmol O₂m^-2d^-1；且净O₂产量与光合有效辐射(PAR)呈现显著相关关系(P-I曲线)；流速在3.30 到6.70 cm s^-1时，群落代谢在白天和晚上分别显著增加了20和5倍，说明流速可能是群落光合作用的主要影响因素。ZZ， BY的净生态系统代谢为- 17mmol O₂m^-2d^-1，为异养；而HP为36mmol O₂m^-2d^-1，为自养状态。

保加利亚Byala海湾（A）和韩国Hoopo海湾（B）沿海水域海草的氧气测量

BY海湾（上）和HP海湾（下）沿海水域海草的15分钟氧通量和光合有效辐射(PAR)；正通量代表海草释放O₂

参考文献

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 深海沉积物的原位氧含量测定

原位检测了北极深海（2500m）沉积物中的氧通量，在沉积物边界层低氧梯度和通量、低湍流和低颗粒含量的限制条件下，计算得到的涡度协方差湍流氧通量(-0.9+-0.2 (SD) mmol O₂m^-2d^-1)、溶解氧通量 (-1.02+-0.3 (SD) mmol O₂m^-2d^-1)和沉积物培养室法测得的总吸氧量(-1.1+-0.1(SD) mmol O₂m^-2d^-1)具有一致性，说明该位点以微生物介导的耗氧量为主，底栖生物平均碳矿化速率为4.3gC m² yr^-1，超过了沉积物采集器测定到的颗粒有机物年沉积量。

图片来源：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)

参考文献

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 欧洲鲈鱼的组织供养测定

瑞典Forsmark的泻湖，因核电站冷却用抽走了冷水，周边温暖的污水直接注入引起了缓慢的水温升高，很多种类的鱼已经消失，而欧洲鲈鱼成为优势种。利用光学氧传感器测定了高温下鲈鱼(Perca fluviatilis Linneaus)的有氧代谢率和静脉血氧分压，并测定临界高温CTmax。发现增氧操作引起了23°C下有氧范围的双倍增大，而临界高温CTmax(34.6±0.1)与对照（34.0±0.5°C）没有显著增加；而缺氧操作在有氧范围和CTmax方面与对照都没有显著差异。说明氧限制并不是决定鱼类CTmax的普遍机制。

在静脉窦中植入一种定制的光学传感器，用于连续测量静脉血液中的氧气分压

图片来源：Timothy Clark – Australian Institute of Marine Science, Townsville, Australia.（左）Erik Sandblom – University of Gothenburg, Göteborg, Sweden.（右）

欧洲鲈鱼在富氧hyperoxic和缺氧anaemic下的代谢反应

A.耗氧速率(ṀO₂)不受处理影响; B. 23°C标准代谢率(SMR),ZD代谢率(MMR)和有氧范围(AS)

参考文献

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气测定

将葡萄糖制备的压实土块加入人工土柱后，检测土柱中氧含量变化，发现氧气含量随时间变化下降。这是由于葡萄糖的加入引起土壤动物（蚯蚓）的生物呼吸作用增强，消耗氧气并产生二氧化碳。

利用氧气传感器监测土柱中氧气变化

土柱中加入葡萄糖土块后，土壤氧气含量（%）随时间下降

图片来源：Hochschule Osnabrück (Germany), Faculty of Agricultural Sciences and Landscape Architecture

产地：德国PyroScience