YSI EXO荧光法溶解氧探头：原理与维护要点
更新时间：2026-09-16 浏览次数：11
YSI EXO 荧光法溶解氧（Optical Dissolved Oxygen, ODO）传感器是 EXO 多参数水质监测平台的核心传感器之一。与传统电化学（极谱式或原电池式）溶解氧电极不同，EXO ODO 传感器采用荧光寿命检测技术，无需消耗氧气、无需电解液、无需极化等待时间。本文从测量原理、校准流程与日常维护三个维度，系统梳理该传感器的技术特征与操作要点。
一、测量原理：荧光猝灭与 Stern-Volmer 方程
1.1 核心原理：氧气猝灭荧光
EXO 荧光法溶解氧传感器的工作原理基于一个已被充分验证的科学概念——溶解氧会同时猝灭特定化学染料（荧光物质）的荧光强度和荧光寿命。
传感器内部的结构与工作流程如下：
荧光物质：一种经过精心选择的化学荧光染料被固定在盘状基质中，形成传感器帽（Sensor Cap）内的荧光层
蓝光激发：传感器向该荧光层发射适当波长的蓝色光
产生荧光：蓝光激发固定化的荧光染料，使其发出荧光（红光）
荧光寿命检测：探头内的光电二极管测量该荧光的持续时间（即荧光寿命）
红光参考：为提高测量精度和稳定性，测量周期中还会向染料照射红光，作为计算荧光寿命的参考
1.2 定量关系：Stern-Volmer 方程
氧气浓度与荧光寿命之间的关系遵循 Stern-Volmer 方程：
l 无氧时：荧光染料的荧光寿命最长
l 有氧时：氧气分子进入传感器膜表面，与激发态荧光分子碰撞并夺取能量，加速非辐射跃迁，导致荧光寿命缩短
因此，荧光寿命与溶解氧浓度呈反比——氧浓度越高，荧光寿命越短。对于大多数基于荧光寿命的光学溶解氧传感器，Stern-Volmer 关系在高氧分压下并非严格的线性关系，需通过多项式非线性回归进行数据处理。
1.3 与传统电极的本质区别
对比维度 | EXO 荧光法传感器 | 传统电化学电极（极谱式/原电池式） |
|---|---|---|
测量原理 | 光学（荧光寿命） | 电化学（电流信号） |
是否消耗氧气 | 否 | 是 |
是否需要电解液 | 否 | 是（需定期更换） |
是否需要极化 | 否 | 是（需30分钟以上） |
维护复杂度 | 低 | 高 |
1.4 技术规格
参数 | 规格 |
|---|---|
默认单位 | % 饱和度、mg/L |
测量范围 | 0 ~ 500% 空气饱和度；0 ~ 50 mg/L |
精度（0-200% / 0-20 mg/L） | 读数的 ±1% 或 1% 饱和度 / 0.1 mg/L，取较大值 |
精度（200-500% / 20-50 mg/L） | 读数的 ±5% |
响应时间（T63） | < 5 秒 |
分辨率 | 0.1% 空气饱和度；0.01 mg/L |
工作温度 | -5 ~ +50℃ |
存储温度 | -20 ~ +80℃ |
传感器类型 | 光学，荧光寿命 |
传感器帽典型寿命 | 12 个月 |
二、校准：标准流程与关键要点
EXO 光学溶解氧传感器的校准通过 Kor Software（PC 版）、Kor Mobile App 或 EXO Handheld 完成。所有 EXO 传感器均为“智能传感器"——校准数据存储在传感器内部，可在不同主机间互换而无需重新校准。
2.1 校准推荐：优先使用 % 饱和度
YSI 强烈推荐在 DO % 饱和度 模式下进行校准，原因如下：
l DO % 饱和度是传感器的直接测量值
l DO mg/L 是通过 DO % 饱和度结合温度和电导率计算得出的衍生值
l 校准 % 饱和度会自动校准所有溶解氧参数（mg/L、%CB、%RTB），无需单独校准
因此，校准前需确保：
l 温度传感器读数准确
l 电导率传感器已完成校准
2.2 单点校准（标准方法）：水饱和空气法
这是 EXO ODO 传感器常用且推荐的校准方法。
校准前准备：
l 清洁传感器、传感器保护罩、刮刷器和校准杯
l 用 Kimwipe 轻轻擦干 DO 传感器和热敏电阻表面的水滴
l 建议使用专用校准杯和传感器保护罩，避免污染
操作步骤：
1.在校准杯中加入约 2.5-3 cm（1英寸） 的清洁水
2.注意：水位不应淹没传感器——传感器应位于水面上方
3.安装传感器保护罩，将探头插入校准杯
4.切勿将校准杯密封——校准杯需与大气相通，才能形成 100% 水饱和空气环境
5.等待约 10 分钟，使校准杯达到 100% 水饱和状态，传感器温度平衡
6.在 Kor Software 或 App 中输入真实的本地点气压值，若使用带内置气压计的 EXO Handheld，该值会自动填充
7.等待读数稳定——Kor 软件会指示稳定性状态
8.读数稳定后，点击 Apply 接受校准点
9.查看校准记录，确认校准值后完成校准
2.3 两点校准（零点校准）
通常情况下，无需进行两点校准。仅在以下条件同时满足时才考虑：
l 确定传感器在低溶解氧水平下无法满足精度要求
l 能够可靠地生成真正无氧的介质
零氧介质的制备方法：
方法 | 操作要点 |
|---|---|
氮气法 | 使用带小排气口的容器，吹扫，防止空气反扩散 |
Na2SO3法 | 将约 8-10g Na₂SO₃溶于 500mL 自来水，充分搅拌，需约 60 分钟达到无氧状态 |
注意：使用Na₂SO₃溶液进行零点校准后，必须清除探头和刮刷器上的所有试剂残留，再进行第二点校准。建议第二点校准使用空气饱和水。
2.4 校准单位说明
EXO DO 传感器支持以下饱和度单位：
单位 | 全称 | 说明 |
|---|---|---|
% Sat | % Saturation | 基于校准时输入的气压值计算的饱和度 |
% CB | % Calibrated Barometer | 基于校准时输入的气压值计算的“Local DO"值 |
% RTB | % Real-Time Barometer | 基于测量时 Handheld 实时气压读数计算的“Local DO"值 |
校准 % Sat、% CB 或 % RTB 中的任意一项，会自动校准其他饱和度单位及 mg/L。
三、维护要点
EXO 光学溶解氧传感器采用可更换的传感器帽（Sensor Cap） 设计。传感器帽的典型使用寿命为 12 个月。随着传感器帽老化，精度会下降、环境光抑制能力减弱、响应时间可能受到影响。
3.1 日常清洁
操作 | 要点 |
|---|---|
光学表面检查 | 定期检查传感器的光学表面 |
清洁方式 | 用非研磨性、不起毛的布（如 Kimwipe）轻轻擦拭 |
清洁剂 | 必要时可用温水和洗洁精清洗，然后用去离子水冲洗 |
绝对禁止 | 切勿使用有机溶剂清洗 EXO DO 传感器 |
防止划伤 | 尽可能防止刮伤和损坏蓝宝石传感窗口 |
防止指纹 | 避免在窗口上留下指纹 |
3.2 再水化（Rehydration）
EXO DO 传感器帽必须始终存放在潮湿或湿润环境中，以防止传感器漂移。
再水化触发条件：若 DO 传感器在干燥空气中放置超过 8 小时，必须进行再水化。
再水化操作：
1.将 DO 传感器帽浸泡在室温的自来水中
2.浸泡时间约 24 小时
3.浸泡完成后，重新校准传感器
4.将传感器存放在潮湿环境中
3.3 传感器帽更换
更换时机：
l 传感器帽使用寿命满 12 个月
l 精度明显下降
l 环境光抑制能力变差
l 响应时间明显延长
更换注意事项：
l 新 DO 传感器帽（部件号 599110-01）在加湿容器中运输
l 应存放在 100% 湿度环境中
l 安装前需润滑 O 型圈
l 更换后需通过 Handheld 输入传感器帽校准系数（K1-K7 和 KC 值）
3.4 湿插拔接头维护
EXO 传感器采用湿插拔（Wet-mateable）接头设计，允许在潮湿条件下进行传感器更换。维护要点：
l 保持接头清洁，无碎屑
l 用 Krytox 润滑脂润滑橡胶件和 O 型圈
EXO 荧光法溶解氧传感器的核心价值在于将荧光寿命检测技术集成于智能传感器平台——无需消耗氧气、无需电解液、无需极化，从测量原理层面消除了传统电化学电极的维护痛点。配合可更换的传感器帽设计（典型寿命 12 个月）、智能传感器即插即用架构以及 Kor 软件引导式校准流程，EXO ODO 为长期水质监测提供了兼具精度与低维护成本的技术路径。
本文技术资料由厦门仪迈环保科技有限公司提供技术支持
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