[發(fā)明專利]基于熒光法的水體藻類光合作用活性原位檢測裝置及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110271796.0
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN102539394A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙南京;鐘留勇;殷高方;張玉鈞;馬明俊;劉晶;劉文清;劉建國
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境水體污染熒光檢測技術(shù)，具體是一種基于熒光法的水體藻類光合作用活性原位檢測裝置及方法。

背景技術(shù)

藍(lán)藻水華暴發(fā)與飲用水安全預(yù)警是當(dāng)今世界各國共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題和環(huán)境科學(xué)難題，雖然相互獨(dú)立的單個(gè)因子難以指示藍(lán)藻水華的發(fā)生與否，但是藻類光合作用活性作為影響藍(lán)藻水華的重要參數(shù)，我國目前尚缺乏快速有效的在線監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備。

藻類的光合作用活性在藻類的不同生長階段直接表征了藻類的生長狀況，然而對于藻類不同生長階段中，藻類光合作用活性、藻濃度以及藻毒素產(chǎn)生與釋放行為關(guān)系等尚不清楚，實(shí)現(xiàn)藻類光合作用活性的快速、原位監(jiān)測不僅能為研究藻類生長狀況與藍(lán)藻水華發(fā)生之間的關(guān)系，以及提供藍(lán)藻水華暴發(fā)及飲用水安全預(yù)警的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，而且為研究藻類不同生長時(shí)期藻類光合作用活性與藻濃度以及藻毒素的產(chǎn)生與釋放行為關(guān)系提供快速的藻類狀態(tài)監(jiān)測手段。

現(xiàn)有的測量技術(shù)主要有光聲光譜技術(shù)和光學(xué)遙感技術(shù)。光聲光譜技術(shù)是一種以光聲效應(yīng)為基礎(chǔ)的光譜分析檢測技術(shù)，通過檢測物質(zhì)在吸收輻射后熱激發(fā)的聲波來獲取光譜信息。光聲光譜技術(shù)主要用于研究高等植被的光合作用情況，無法用于水體藻類光合作用活性的快速、原位測量。光學(xué)遙感技術(shù)是通過物體對光的吸收、反射及吸光后的再發(fā)射特性來實(shí)現(xiàn)信息的獲取，對于植被、地貌及海面等大面積范圍的測量具有較大的優(yōu)勢，但對于水體中藻類的光合作用情況，僅能實(shí)現(xiàn)水體表面藻類的觀測，即藻類在水面的分布或大面積爆發(fā)后才能進(jìn)行，無法用于監(jiān)測水下藻類生長過程中水質(zhì)情況的變化。

發(fā)明內(nèi)容

針對我國尚缺乏水體藻類光合作用活性快速有效的在線監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備情況，發(fā)明了一種基于熒光法的水體藻類光合作用活性原位檢測方法與裝置。即利用熒光方法實(shí)現(xiàn)水體藻類在不同激發(fā)光源作用下的藻類葉綠素?zé)晒庑畔⑻崛。⑦M(jìn)行藻類光合作用活性狀態(tài)的表征。該方法具有操作方便、快速自動(dòng)、對分析樣品無損等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)水體藻類光合作用活性的快速、原位測量，并應(yīng)用于不同的水流域(近海水體，湖、庫水源地等)及不同深度水體的實(shí)時(shí)、原位監(jiān)測。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

基于熒光法的水體藻類光合作用活性原位檢測裝置，包括有LED燈陣列、透光的水體樣品以及控制電路，其特征在于所述的LED燈陣列的出射光前方光路中依次設(shè)有透鏡組、可見光濾波片、第一聚焦透鏡、所述水體樣品、第二聚焦透鏡、帶通濾波片，帶通濾波片后面設(shè)有PMT探測器，LED燈陣列發(fā)出的激發(fā)光源經(jīng)過透鏡組變成平行光，再經(jīng)過可見光濾波片濾波、經(jīng)過第一聚焦透鏡聚焦成為一個(gè)能量集中的光斑，照射到水體樣品，水體激發(fā)出的熒光經(jīng)過第二聚焦透鏡與帶通濾波片后被光電探測器接收輸入后續(xù)電路進(jìn)行處理，可見光濾波片濾除可見光(400-700nm)以外波長的光，帶通濾波片是僅能通過685nm波長的光，濾除其它波長的光，只進(jìn)行該波長的熒光測量。

基于熒光法的水體藻類光合作用活性原位檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

①設(shè)有待測量的樣品水體，水體中藻類活體受光照射后產(chǎn)生熒光，藻類活體熒光幾乎全部來源于光系統(tǒng)II(PSII)的葉綠素a，藻細(xì)胞吸收光能后，一部分P用于光合作用，另一部分D以熱的形式耗散到環(huán)境中，剩余的部分F以熒光的形式發(fā)射出來，根據(jù)能量守恒可知P+D+F＝1；在樣品水體前方設(shè)置激發(fā)光源，經(jīng)充分暗適應(yīng)后，激發(fā)光源產(chǎn)生很弱的測量光，只激發(fā)藻類細(xì)胞色素的本底熒光，不能使藻細(xì)胞進(jìn)行光合作用，測量得到初始熒光F_O；光系統(tǒng)II(PSII)，是指藻類細(xì)胞的光合作用系統(tǒng)，能將吸收后的光能轉(zhuǎn)換為生長所需要的能量；

②激發(fā)光源產(chǎn)生光強(qiáng)足夠大的光飽和脈沖光，此時(shí)藻細(xì)胞的光合作用被完全抑制，熒光迅速上升至最大，測得最大熒光強(qiáng)度F_m；在打開飽和脈沖光的短暫時(shí)間內(nèi)D/F的比值保持不變即D₀/F₀＝D_m/F_m，則可由下式計(jì)算出PSII的最大光合作用量子產(chǎn)量，P＝1-F_O-D_O＝1-F_O-F_O·(1-F_m)/F_m＝(F_m-F_O)/F_m，P反映了藻類細(xì)胞的潛在最大光合能力；