[發明專利]微藻培養基光學常數及微藻光譜衰減系數的聯合測量方法

有效

• 申請號: 201510096252.3
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN104614324B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 趙軍明;李興燦;劉林華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及培養基光學常數及光譜衰減系數的聯合測量方法，特別涉及微藻培養基光學常數及微藻光譜衰減系數的聯合測量方法。

背景技術

微藻的輻射特性是研究微藻光生物反應效率的基本參數。光譜衰減系數是基本輻射特性之一，一般可借助于光譜儀通過對法向透過率的測量而得到。Berberoglu采用單光程法測量海洋小球藻衰減系數時，把小球藻離心后置入PBS溶液內(在可見光波段吸收較小的溶液)，以置入PBS溶液的比色皿為參照來消除玻璃和界面產生的多次反射的影響，利用Beer-Lambert定律最終得到純小球藻的衰減系數。小球藻在離心處理后，外在環境的變化對藻細胞測量結果產生的影響無從知曉，而且以內置PBS溶液比色皿為參照并不能準確消除玻璃和界面產生的多次反射的影響，因此這種方法有一定的局限性。Yun和Park采用單光程法(利用Beer-Lambert定律)對普通小球藻(Chlorella vulgaris)混懸液可見光波段的光譜衰減特性進行了研究，發現光衰減特性存在明顯的光譜依賴性，但由于小球藻混懸液測量時忽略了比色皿玻璃的影響，所以會產生較大偏差。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術對外在環境的變化對藻細胞測量結果產生的影響無從知曉、不能準確消除玻璃和界面產生的多次反射的影響以及現有技術存在明顯的光譜依賴性，忽略了比色皿玻璃的影響，產生較大偏差的問題而提出的微藻培養基光學常數及微藻光譜衰減系數的聯合測量方法。

上述的發明目的是通過以下技術方案實現的：

步驟一、根據提高測量精度的要求，考慮玻璃對測量產生多次反射的影響，用光線追蹤法建立了三層介質光線傳輸模型；其中，三層介質光線傳輸模型中，入射玻璃介質的厚度為L₁，入射玻璃介質的復折射率為n₁+iκ₁；液體介質的厚度為L₂；液體介質的復折射率為n₂+iκ₂；出射玻璃介質的厚度為L₃；出射玻璃介質的復折射率為n₃+iκ₃，n為折射指數，κ為吸收指數；i為復數；

步驟二、在測量微藻懸浮液透射比時，選擇獲得有效透射數據的微藻比色皿容器；測量培養基透射比時，根據培養基的吸收特性選擇兩個不同光程且滿足透射數據測量精度的培養基比色皿容器；

步驟三、將培養基裝在兩個不同光程培養基比色皿容器中，用光譜儀測量獲得兩個不同的培養基透射比T_λ,EXP和T′_λ,EXP，采用三層介質光線傳輸模型聯立兩個透射比方程，利用優化算法和設定優化目標函數f_λ通過Matlab優化工具箱中的遺傳算法計算出培養基的光學常數；

步驟四、利用光譜儀測量一個光程的裝在微藻比色皿容器中的微藻懸浮液透射比，根據微藻懸浮液透射比和步驟三獲得的培養基的光學常數，用單光程法求得微藻懸浮液的衰減系數β；微藻懸浮液的衰減系數β減去培養基的衰減系數α_m得到微藻的衰減系數β_p；即完成了微藻培養基光學常數及微藻光譜衰減系數的聯合測量方法。

發明效果

本發明棄用傳統的利用Beer-Lambert定律的簡化方法，采用分步計算的方式，本發明充分考慮多層介質間的多次反射影響，彌補了現存方法中測量微藻衰減系數的計算缺陷，提高了測量精度如圖2。圖2是傳統雙光程法(利用Beer-Lambert定律)與本發明的方法對比，圖中兩組結果用同樣透射比實驗數據獲得，但前者忽略玻璃的影響，在此濃度下兩組結果差異較大。