[發明專利]基于離散三維熒光光譜的浮游植物識別測定方法與裝置

有效

• 申請號: 201410098594.4
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103868901A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 殷高方;趙南京;胡麗;石朝毅;余曉婭;方麗;段靜波;肖雪;甘婷婷;董欣欣;張玉鈞;劉建國;劉文清
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種基于離散三維熒光光譜的浮游植物識別測定方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

（1）首先利用熒光分光光度計測量不同門類浮游植物連續三維熒光光譜，結合浮游植物色素組成得到不同門類浮游植物的熒光光譜特征，結合目前單色發光二極管的技術水平和濾光片加工工藝，選擇412nm、435nm、455nm、470?nm、507?nm、535?nm、567?nm、624?nm、635?nm、665nm等10個激發波段，選擇620nm、654nm、670nm、683nm、692nm、725nm等6個發射波段，構建由36個特征光譜點組成的離散三維熒光光譜；

（2）然后，以葉綠素a濃度為統一標準，將特征熒光光譜對葉綠素a濃度歸一化，建立不同門類浮游藻類標準離散三維熒光光譜庫；

（3）在浮游植物標準離散三維熒光光譜庫找到與待測樣品離散三維熒光光譜最為相似的特征譜或特征譜組合，再轉化為線性回歸問題，即以標準離散三維熒光光譜庫中的各特征光譜對樣品特征光譜進行擬合，具體計算過程如下：

1）建立需要測量的浮游植物的標準離散三維熒光光譜庫；

2）測量混合浮游植物樣品的離散三維熒光光譜；

3）以各門類浮游植物標準離散三維熒光光譜為自變量，混合浮游植物樣品熒光光譜為因變量進行多元線性回歸分析，得出各門類浮游植物葉綠素a濃度。

2.一種基于離散三維熒光光譜的浮游植物識別測定裝置，其特征在于：包括有激發-發射驅動電路、激發-發射光學系統、熒光信號檢測電路、數據采集與控制電路；所述的激發-發射驅動電路包括有數字電位器、電機驅動器，數字電位器連接恒流源、模擬開關，數字電位器與模擬開關之間連接有MOS管；所述的激發-發射光學系統包括有圓柱形的樣品池，距樣品池底部10mm處環設有多段波的LED陣列，LED陣列與樣品池之間放置低通濾光片，樣品池底部放置有光電探測器，樣品池底與光電探測器之間設有熒光波段選擇濾光片組，熒光波段選擇濾光片組安裝在濾光片輪，濾光片輪由直流電機驅動而轉動，濾光片輪上設有光電定位孔、光耦，模擬開關的各個開關并聯并與LED陣列的各LED燈一一對應控制連接；所述的熒光信號檢測電路包括有依次鏈接的I/V轉換電路、帶通濾波電路、可變增益放大電路、全波整流電路、低通濾波電路，光電探測器的信號輸出端與I/V轉換電路的信號輸入端連接；所述的數據采集與控制電路包括有主控制器，主控制器與數據處理中心、模數轉換器連接，數據處理中心的信號輸出端與顯示屏連接，低通濾波電路的信號輸出端與模數轉換器的信號輸入端連接，主控制器與MOS管、模擬開關、電機驅動器控制連接；在主控制器的控制下，激發-發射驅動電路通過模擬開關切換多段波的LED陣列、通過直流電機控制濾光片輪切換波段選擇濾光片，實現多波段分時激發和多波段熒光分時接收，熒光信號由光電探測器轉化為電信號，電信號由熒光信號檢測電路放大調理成直流電平，直流電平信號由模數轉換器44轉換成數據字信號交數據處理中心分析處理，最終測量獲得樣品的離散三維熒光光譜，并反演得到樣品中浮游植物種類和含量，測量結果由顯示屏輸出。

3.根據權利要求2所述的一種基于離散三維熒光光譜的浮游植物識別測定裝置，其特征在于：所述的樣品池采用直徑為10mm標準圓柱形石英樣品池。

4.根據權利要求2所述的一種基于離散三維熒光光譜的浮游植物識別測定裝置，其特征在于：所述的LED陣列共由10個LED組成，激發LED的中心波長分別為412nm、435nm、455nm、470?nm、507?nm、535?nm、567?nm、624?nm、635?nm、665nm。

5.根據權利要求2或4所述的一種基于離散三維熒光光譜的浮游植物識別測定裝置，其特征在于：所述的LED陣列與樣品池之間放置的低通濾光片的低通截止波長稍高于LED中心波長。

6.根據權利要求2所述的一種基于離散三維熒光光譜的浮游植物識別測定裝置，其特征在于：所述的光電探測器采用S3590-18型PIN管，與LED陣列成90°方向接收樣品熒光。

7.根據權利要求2所述的一種基于離散三維熒光光譜的浮游植物識別測定裝置，其特征在于：所述的熒光波段選擇濾光片組的波段分別為620nm、654nm、670nm、683nm、692nm、725nm。

8.根據權利要求2所述的一種基于離散三維熒光光譜的浮游植物識別測定裝置，其特征在于：所述的激發-發射光學系統安裝在光學結構外殼中，光學結構外殼上方罩設有遮光帽。