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叶绿素荧光技术及其在藻类研究监测中的应用

叶绿素荧光技术及其在藻类研究监测中的应用
叶绿素荧光技术及其在藻类研究监测中的应用

叶绿素荧光技术及其在藻类研究中的应用

自从上世纪六十年代Carl Lorenzen(1966)首次将海水泵入安装在考察船上的叶绿素荧光仪进行藻类研究以来,叶绿素荧光技术很快成为海洋湖泊藻类研究的重要技术手段。特别是上世纪九十年代以来,Kolber等(1993,1998)、Trtilek等(1997)、Nedbal等(1999)、Dijkman等(1999)、Koblizek等(1999)等科学家采用P&P技术“pump-and-probe”、双调制技术(Dual-modulation)FRR技术(fast repetition rate)对海洋湖泊藻类进行了大量研究,奠定了叶绿素荧光技术在藻类研究监测中的重要地位。下面就一系列国际先进的用于藻类研究监测的叶绿素荧光仪器技术做一简单介绍。

栅藻(Scenedesmus)FKM叶绿素荧光成像及不同栅藻的叶绿素荧光动态曲线

1. FL3500叶绿素荧光仪

1995年Trtilek等研制生产了世界上首款FL100双调制叶绿素荧光仪(Trtilek等,1997;Koblizek等,1997;Nedbal等,1999),时间分辨率可达1μs。FL3500历经FL200等几次升级换代,是世界上时间分辨率最高、功能最为强大、配置灵活多样的叶绿素荧光技术仪器,由控制单元(主机)和功能多样化的测量单元组成,其主要功能特点为:

1)通用455nm和625nm蓝光和橙红光双色光源,满足所有藻类叶绿素荧光激发测量;

2)双色调制测量光、双色调制光化学光和双色持续光化学光;

3)除通用蓝光和橙红光双激发光测量单元外,还可选配其它波长的测量单元,组成2

个以上多激发光叶绿素荧光系统;

4)既可进行PAM(脉冲调制)测量,还可进行STF单周转光闪、TTF双周转光闪、MTF

多周转光闪及FRR程序测量,测量程序(protocols)包括单光闪荧光诱导、

OJIP-test、QA-再氧化动力学、放氧复合体S状态转换等;

5)可选配时间分辨率为4μs的标配测量单元或时间分辨率达1μs的快速测量单元,

还可选配水下原位叶绿素荧光测量单元及叶夹式测量单元,从而组成功能强大多

样化的叶绿素荧光测量系统,既可测量水体微藻叶绿素荧光,还可原位测量水下

大型藻类及珊瑚礁藻类叶绿素荧光,及高等植物叶片叶绿素荧光动态;

6)双通道主机系统(控制单元),可选配双检测器,同时测量藻类叶绿素及细菌叶绿

素荧光动态;或选配溶解氧测量探头,同步测量溶解氧动态;

7)可客户定制高灵敏度测量单元,检测极限达1ng Chl/L;

8)可对温度进行0-70°C调控,精度达0.1°C。

2. FL5000双通道超高灵敏度叶绿素荧光仪

FL5000为双通道双检测器,可同时测量藻类叶绿素和细菌叶绿素,是目前世界上灵敏度最高的叶绿素荧光测量仪,测量极限可达0.1ng Chl/L,适于藻类浓度很低的海洋、泉水等进行就地(in situ)测量监测,可自动运行PAM测量、叶绿素荧光诱导、OJIP-test、QA-再氧化动力学、放氧复合体S状态转换、

荧光淬灭分析等。仪器内置以太网网络服务

器,可进行远程控制和数据浏览下载等。其主

要功能特点如下:

1)超高灵敏度,可用于海洋及自然水体

浮游植物包括藻类及光氧细菌的对

比研究分析;

2)便携性强、使用方便,控制单元、测

量单元等集成在一个机箱内,水样可

通过蠕动泵自动控制抽样测量,既可用于实验室测量研究,又可用于野外或在考

察船上进行测量或监测;

3)双通道双检测器,可同时测量藻类叶绿素荧光动态和细菌叶绿素荧光动态(如蓝藻

细菌与藻类),内置精密时钟测量数据带时间戳;

4)内置以太网接口和WIFI,可实现远程遥控和数据采集,具触摸屏

5)具备FL3500的光源双调制功能,双色调制测量光、双色调制光化学光及持续光化

学光

6)具备PC遥控模式和触摸屏在线模式,触摸屏界面有图表(Graph)、数据(Numerics)、

设置(Settings)、WiFi、记录(Record)及分析(Analysis)等菜单或按键,

用于设置光源等参数、实施在线测量、无线网络连接、蠕动泵控制、即时显示数

据或图及记录分析等功能

3. Aquapen手持式藻类荧光仪

Aquapen水体藻类荧光仪是目前世界上便携性最强(仅

手机大小)、功能最强大、灵敏度最高的手持式水体藻类荧光测量设备,有探头式和试管式两种,探头式可直接将测量探头插入水体中原位测量,试管式可采样在试管(比色皿)中测量。Aquapen不仅具备PAM测量技术的所有功能,还可进行OJIP-test测量并自动分析出26个OJIP测量参数,其中OJIP固定面积与藻类浓度相关。Aquapen具体功能特点如下:

1)高灵敏度,测量极限为0.5μg Chl/L

2)具备NPQ1和NPQ2双程序荧光淬灭分析和三套给光程序的光响应曲线测量

3)可设置测量程序和测量间隔后进行自动测量纪录

4)探头式标配为蓝色激发光,可选配橙红色、白色或其它波长的激发光;试管式具备

蓝光和橙红光双色测量光源,红色光源适于蓝藻测量,蓝色光源适于绿藻等

5)试管式还可测量两个波段的光密度值OD680和OD720

6)可选配2个或2个以上不同激发光的Aquapen已满足多激发光测量的需求

7)FluorPen数据分析软件可显示数据图表包括原始测量数据和分析数据、荧光动态

曲线

8)内置数据采集器可采集纪录100000带时间戳的数据

4. FKM多光谱荧光动态显微成像系统

FKM(Fluorescence Kinetic Microscope)多光谱荧光动态显微成像系统是目前功能最为强大的藻类及植物显微荧光研究仪器,由包含可扩展平台的增强型蔡司显微镜、高分辨率CCD相机、多光谱激发光源组、高解析度光谱仪、控温模块、荧光成像模块、专用藻类荧光成像观测室以及相应的控制单元和专用的工作站与分析软件组成。多光谱激发光源组包括紫外光、红光、兰光、绿光和白色光源。FKM不仅可以进行微藻、单个细胞、单个叶绿甚至基粒-基质类囊体片段进行Fv/Fm、Kautsky诱导效应、荧光淬灭、OJIP快速荧光响应曲线、QA再氧化等各种荧光成像动力学分析,还能通过激发光源组及光谱仪系统进行任意荧光激发和荧光释放波段的测量与光谱分析。除对叶绿素荧光动态进行成像光谱分析外,还可对静态荧光如GFP荧光、DAPI荧光、DiBAC4荧光、SYTOX 绿色荧光、CTC荧光染色等荧光蛋白、荧光素进行成像分析,并可通过光谱仪对各种荧光进行光谱分析,区分各发色团(例如,PSI和PSII及各种捕光色素复合体等)并进行深入研究。目前中科院植物所、海洋所都配备了FKM多光谱荧光动态显微成像系统,详细信息请咨询Ecolab实验室。

其它用于藻类研究的叶绿素荧光成像系统还有FluorCam便携式叶绿素荧光成像仪、FluorCam封闭式叶绿素荧光成像系统、FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统等。

下图为丝状鱼腥藻FKM成像分析:A为沿藻丝从左到右不同细胞的Fm成像,其中第7和第17个细胞已分化形成异形胞;B为从左到右每个细胞的Fo值,C为Fv值,D为Fv/Fm (源自Ferimazova等,2013,Photosynthesis Research,116:79-91)。

5. AOM广谱藻类在线监测系统

AOM(Algal On-line Monitor)为高灵敏度广谱藻类监测仪器,适于监测绿藻、蓝藻、

硅藻等各种浮游生物,灵敏度达30ng Chl/L(绿藻检测

于自然水体如水华爆发早期监测预警等,及人工水体藻

类短期或长期监测如水处理监测控制等,还可与

FFL-40、MicroMac1000营养盐在线监测仪组成富营养化

监测系统。AOM配置蓝色和红色(或选配590nm黄色光

源)双色测量光,监测参数包括Ft、QY、OJIP等,其

中Ft、OJIP固定面积可反映藻类浓度动态,QY可反映

藻类生理状态如受胁迫状态、水体毒性或突发污染事件

等。内置数据采集器,可存储纪录100000个数据或300

次OJIP测量数据。通过蠕动泵自动抽样,可通过GPRS

无线数据传输。

6. FFL-40 FRRF藻类在线监测系统

FFL-40为运行FRR测量程序的藻类在线监测系统,由FFL-40主机和PC操作系统组成。

FRRF荧光仪广泛用于浮游植物生产力估算和模型模拟分析等。通过FRR自动测量,FFL-40

可以测量PSII功能吸收截面积σPSII(functional absorption cross-section of PSII)、

PSII 能量传递p 、F 0、F 0’、F M 、F M ’等,并进而实时估算光合电子传递速度Pe 、快速光响应曲线RLC 等。FFL-40技术特点如下:

1) PC 操作系统具备多平台网络服务器功能,可通过GUI 远程控制测量过程和数据通

讯,可同时操作多台FFL-40;

2) 450nm 和590nm 双色测量光源和光化

学光源,590nm 光源强度可达60000

μmol/m 2s ,450nm 蓝光强度可达

120000μmol/m 2s ;

3) 单周转诱导与弛豫相时间分辨率可达

1.5μs ;

4) 可通过NTP 服务器程序支持与其它设

备的同步化监测,如同步化GPS 定位

(特别适用于仪器安装在考察船进

行移动式监测(参见图),可监测纪

录浮游植物时空分布格局);

5) 内置光适用和暗适应室,通过泵阀自动抽样、自动清洗;

6) 特别适用于浮游植物生产力评估;

7) 检测灵敏度达0.5μg Chl/L

7. FMT150藻类培养与在线监测系统(光养生物反应器)

FMT150藻类培养与在线监测系统将藻类培养与在线监测仪器独特地结合在一起,用于精确地进行淡水和海水光合营养藻类和蓝绿细

菌(藻氰菌)等的培养和监测。仪器内置双调制

荧光仪和显像密度计等,光能、光谱组成、温度

和通气组分可以精确设定。另外,培养条件可以

根据用户自定义方案而动态变化,光、温度和通

气组分可以在幅度或频率上振荡变化。培养物的

生长状态可以即时由显像密度计(OD735)测定

735 nm 的光散射值,叶绿素含量通过在680nm 和

735 nm 的光密度差值(NDVI)来连续监测,通过

PS II 的光量子产量(Fm'-Fs)/Fm'测量可以监测

其瞬时生理状态。主要功能特点如下:

1) 内置双调制叶绿素荧光仪,实时监测培养藻类的生理状况,测量记录荧光参数Ft ,

Fm ,QY 等

2) 内置光密度计,测量OD680和OD735,经过校准可计算生物量(藻类细胞数量)、

叶绿素浓度

3) 可同时测量监测温度、pH 值、溶解氧

等多种参数,还可选配CO2/O2分析系

统以实时监测耗氧与CO2排放

4) 精确控制温度、光质、光强、培养周期

等,如设置模拟昼夜节律培养等

5) 培养容器使用高强度耐热耐腐蚀材料,

可进行高温灭菌

6) 光化学光强度达1500 umol photons m -2

s -1(蓝绿藻培养正常光强为90 umol

photons m -2 s -1),可升级达3000 umol

photons m -2 s -1,光质可根据用户需求

在红光、蓝光、白光中选择单色光或双

色光,扩展光源中还可以加入红外光

7) 气流速率、CO 2及O 2浓度可精确控制(备

选),并可进行恒化或恒浊培养

8) 通过RCM 软件可进行远程网络控制、数

据图表浏览下载等

9) 可选配400ml 培养器或1000ml 培养器,还可定制25L 或120L 等大型藻类培养与在

线监测系统

叶绿素荧光参数及意义

第一节 叶绿素荧光参数及其意义 韩志国,吕中贤(泽泉开放实验室,上海泽泉科技有限公司,上海,200333) 叶绿素荧光技术作为光合作用的经典测量方法,已经成为藻类生理生态研究领域功能最强大、使用最 广泛的技术之一。由于常温常压下叶绿素荧光主要来源于光系统II 的叶绿素a ,而光系统II 处于整个光合 作用过程的最上游,因此包括光反应和暗反应在内的多数光合过程的变化都会反馈给光系统II ,进而引起 叶绿素a 荧光的变化,也就是说几乎所有光合作用过程的变化都可通过叶绿素荧光反映出来。与其它测量 方法相比,叶绿素荧光技术还具有不需破碎细胞、简便、快捷、可靠等特性,因此在国际上得到了广泛的 应用。 1 叶绿素荧光的来源 藻细胞内的叶绿素分子既可以直接捕获光能,也可以间接获取其它捕光色素(如类胡萝卜素)传递来 的能量。叶绿素分子得到能量后,会从基态(低能态)跃迁到激发态(高能态)。根据吸收的能量多少, 叶绿素分子可以跃迁到不同能级的激发态。若叶绿素分子吸收蓝光,则跃迁到较高激发态;若叶绿素分析 吸收红光,则跃迁到最低激发态。处于较高激发态的叶绿素分子很不稳定,会在几百飞秒(fs ,1 fs=10-15 s )内通过振动弛豫向周围环境辐射热量,回到最低激发态(图1)。而最低激发态的叶绿素分子可以稳定 存在几纳秒(ns ,1 ns=10-9 s )。 波长吸收荧光红 B 蓝 荧光 热耗散 最低激发态较高激发态基态吸收蓝光吸收红光能量A 图1 叶绿素吸收光能后能级变化(A )和对应的吸收光谱(B )(引自韩博平 et al., 2003) 处于最低激发态的叶绿素分子可以通过几种途径(图2)释放能量回到基态(韩博平 et al., 2003; Schreiber, 2004):1)将能量在一系列叶绿素分子之间传递,最后传递给反应中心叶绿素a ,用于进行光化 学反应;2)以热的形式将能量耗散掉,即非辐射能量耗散(热耗散);3)放出荧光。这三个途径相互竞 争、此消彼长,往往是具有最大速率的途径处于支配地位。一般而言,叶绿素荧光发生在纳秒级,而光化 学反应发射在皮秒级(ps ,1 ps=10-12 s ),因此在正常生理状态下(室温下),捕光色素吸收的能量主要用 于进行光化学反应,荧光只占约3%~5%(Krause and Weis, 1991; 林世青 et al., 1992)。 在活体细胞内,由于激发能从叶绿素b 到叶绿素a 的传递几乎达到100%的效率,因此基本检测不到 叶绿素b 荧光。在常温常压下,光系统I 的叶绿素a 发出的荧光很弱,基本可以忽略不计,对光系统I 叶 绿素a 荧光的研究要在77 K 的低温下进行。因此,当我们谈到活体叶绿素荧光时,其实指的是来自光系 统II 的叶绿素a 发出的荧光。

荧光分析法检测原理及应用举例

1 荧光定义 某些化学物质从外界吸收并储存能量而进入激发态,当其从激发态回到基态时,过剩的能量以电磁辐射的形式放射出去即发光,称之为荧光。可产生荧光的分子或原子在接受能量后引起发光,供能一旦停止,荧光现象随之消失。 2 荧光分类 由化学反应引起的荧光称为化学荧光,由光激发引起的荧光称为光致荧光,课题主要研究光致荧光。按产生荧光的基本微粒不同,荧光可分为原子荧光、X 射线荧光和分子荧光,课题主要研究分子荧光。 3 光致荧光机理 某一波长的光照射在分子上,分子对此光有吸收作用,光能量被分子所吸收,分子具有的能量使分子的能级由最低的基态能级上升至较高的各个激发态的不同振动能级,称为跃迁。分子在各个激发态处于不稳定的状态,并随时在激发态的不同振动能级下降至基态,在下降过程中,分子产生发光现象,此过程为释放能量的过程,即为光致荧光的机理。光致荧光的过程按照时间顺序可分为以下几部分。 分子受激发过程 在波长为10~400nm的紫外区或390~780nm的可见光区,光具有较高的能量,当某一特征波长的光照射分子时,是的分子会吸收此特征波长的光能量,能量由光传递到分子上,此过程为分子受激发过程。分子中的电子会出现跃迁过程,在稳定的基态向不稳定的激发态跃迁。跃迁所需要的能量为跃迁前后两个能级的能量差,即为吸收光的能量。分子跃迁至不稳定的激发态中即为电子激发态分子。 在电子激发态中,存在多重态。多重态表示为2S+1。S为0或1,它表示电子在自转过程中,具有的角动量的代数和。S=0表示所有电子自旋的角动量代数和为0,即所有电子都是自旋配对的,那么2S+1=1,电子所处的激发态为单重态, 用S i 表示,由此可推出,S 即为基态的单重态,S 1 为第一跃迁能级激发态的单重 态,S 2 为第二跃迁能级激发态的单重态。S=1表示电子的自旋方向不能配对,说明电子在跃迁过程中自旋方向有变化,存在不配对的电子为2个,2S+1=3,电子 在激发态中位于第三振动能级,称为三重态,用T i 来表示,T 1 即为第一激发态中 的三重态,T 2 即为第二激发态中的三重态,以此类推。

叶绿素荧光研究背景知识介绍

叶绿素荧光研究背景知识介绍 前言 近些年来,叶绿素荧光技术已经逐渐成为植物生理生态研究的热门方向。荧光数据是植物光合性能方面的必要研究内容。目前这种趋势由于叶绿素荧光检测仪的改进而得到发展。然而荧光理论和数据解释仍然比较复杂。就我们所了解的情况来看,目前许多研究者对荧光理论不是很清楚,仪器应用仅仅限于简单的数据说明的基础上,本文在此基础上,目的在于简单明晰地介绍相关理论和研究要点,以求简单明确地使用叶绿素荧光检测设备,充分分析实验数据,重点在于植物生理生态学技术的应用和限制。 荧光测量基础 植物叶片所吸收的光的能量有三个走向:光合驱动、热能、叶绿素荧光。三个过程之间存在竞争,其中任何一个效率的增加都将造成另外两个产量的下降。因此,测量叶绿素荧光产量,我们可以获得光化学过程与热耗散的效率的变化信息。尽管叶绿素荧光的总量很小(一般仅占叶片吸收光能总量的1-2%),测量却非常简单。荧光光谱不同于吸收光谱,其波长更长,因此荧光测量可以通过把叶片经过给定波长的光线的照射,同时测量发射光中波长较长的部分光线的量来实现。有一点需要注意的是,这种测量永远是相对的,因为光线不可避免会有损失。因此,所有分析必须把数据进行标准化处理,包括其进一步计算的许多参数也是如此。 调制荧光仪的出现是荧光研究技术的革命性的创新。在这类仪器中,测量光源是调制(高频率开关)的,其检测器也被调谐来仅仅检测被测量光激发的荧光。因此,相对的荧光产量可以在背景光线(主要是指野外全光照的条件下)存在的条件下进行测量。目前绝大多数的荧光仪采用了调制系统,同时也强烈建议选择调制荧光仪(Kate Maxwell,2000)。 为什么荧光产量会发生改变?Kautsky效应和Beyond 叶绿素荧光产量的变化最早在1960年被Kautsky和其合作者发现。他们发现,当把植物叶片从黑暗中转入光下,荧光产量瞬间上升(大约在1秒左右)这种上升可以解释为光合途径中电子受体的还原(可接受电子的受体的减少)。一旦PSII吸收光能,初级电子受体Q A(质体醌)接受了电子,它将不能再接受电子,直到它把电子传递给下一级电子载体Q B。此期间,反应中心是关闭的,反应中心关闭的比

水生藻类及其探测方法简析

水体藻类及其探测方法简析 一、水体种常见藻类及其特性[1] 1、原核藻类 原核藻类是具有核物质,但没有核膜核仁,没有成形叶绿体等细胞器,具有光合色素能够进行光合作用的原核生物。包括蓝藻和厡绿生物 1.1、蓝藻 1.1.1、形态 蓝藻形态有单细胞、非丝状群体(片状、球形、椭圆形等)、丝状体(分支或不分支)等多种类型。蓝藻不具鞭毛,但有些丝状体可滑行,如颤藻属。具有细胞壁可被溶菌酶溶解。 1.1.2、原生质 质体内有环状DNA分子,没有蛋白质与之结合,无细胞器,只有膜状片层光合系统——类囊体。光合色素存在于类囊体表面,极少个体只具有光合色素,光合场所为原生质膜。光合色素主要是叶绿素a、类胡萝卜素、藻胆素,藻胆素为一类水溶性的光合辅助色素,主要吸收绿光和橙红光。光能传递过程:光能→藻红素→藻蓝素→叶绿素a。蓝藻细胞大多呈蓝绿色,胞质内有气泡可调节沉浮。光合产物主要是蓝藻淀粉、蓝藻颗粒体和脂质颗粒等。另,一部分丝状蓝藻的细胞列中具有就有一种特殊的细胞——异性胞,它是由普通的营养细胞分化形成,具有较厚的胞壁,主要有两个功能,一是将藻丝细胞分割成藻殖段进行营养繁殖,二是细胞内含固氮酶,可直接固定大气中的氮。 1.1.3、繁殖分布 蓝藻主要繁殖方式为营养繁殖,包括细胞直接分裂、断裂和形成段殖体进行繁殖。此外,少数种类进行孢子生殖,可长期休眠以度过不良环境。蓝藻不具有有性生殖。蓝藻的分布范围很广,淡水、海水中,潮湿地面、树皮、岩石都有生长,尤以富营养化的淡水水体中,适应能力强。此外,还有一些藻类与其他生物共生,如和真菌共生可形成地衣。 1.1.4、价值与危害 蓝藻具有可食用,如发状念珠藻等、固氮,如满江红鱼腥藻等,稻田中放养

对于叶绿素荧光全方面的研究

对于叶绿素荧光全方面的研究 叶绿素荧光现象的发现 将暗适应的绿色植物突然暴露在可见光下后,植物绿色组织发出一种暗红色,强度不断变化的荧光。荧光随时间变化的曲线称为叶绿素荧光诱导动力学曲线。最直观的表现是,叶绿素溶液在透射光下呈绿色,在反射光下呈红色的现象。其本质是,叶绿素吸收光后,激发了捕光色素蛋白复合体,LHC将其能量传递到光系统2或光系统1,期间所吸收的光能有所损失,大约3%-9%的所吸收的光能被重新发射出来,其波长较长,即叶绿素荧光。 叶绿素荧光动力学研究的特点 1、叶绿素荧光动力学特性包含着光合作用过程的丰富信息 光能的吸收和转换 能量的传递与分配 反应中心的状态 过剩光能及其耗散 光合作用光抑制与光破坏 2、可以对光合器官进行“无损伤探查” 3、操作步骤简单快捷 光合作用的光抑制 光抑制是过剩光能造成光合功能下降的过程。过剩光能指植物所吸收的光能超出光化学反应所能利用的部分。过去人们把光抑制与光破坏等同起来,认为发生了光抑制就意味着光和机构遭到破坏。甚至把光抑制、光破坏、光氧化等,沦为一体。 光抑制的基本特征表现为: 光合效率下降说明叶片吸收的光能不能有效地转化为化学能。光破坏:PSII 是光破坏的主要场所,破坏也可能发生在反应中心也可能发生在与次级电子受体结合的蛋白上。发生光破坏后的结果:电子传递受阻、光合效率下降。当过剩的光能,不能及时有效地排散时,会对光合机构造成不可逆的伤害,如光氧化、光漂白等等。一切影响二氧化碳同化的外界因素,如低温、高温、水分亏缺、矿质元素亏缺等都会减少对光能的利用,导致过剩光能增加,进而加重光破坏。 植物防御破坏的措施 1、减少对光能的吸收 增加叶片的绒毛、蜡质 减少叶片与主茎夹角 2、增强代谢能力 碳同化 光呼吸 氮代谢 3、增加热耗散 依赖叶黄素循环的热耗散 状态转换 作用中心可逆失活 光合作用

水体藻类浓度在线检测系统的设计

水体藻类浓度在线检测系统的设计 黄建美 1 张戈 2 (1、江西省环境科学研究院,江西南昌330039 2、江西省邮电规划设计院有限公司,江西南昌330002) 引言近年随着经济高速发展,人们生活水平日益改善,环境破坏也日益严重。工业和生活用水的任意排放造成湖泊水体中藻类大量繁殖,水体生物因藻类过度繁殖而缺氧死亡,引起水体富营养化,称为“水华”。加强对水体藻类的繁殖检测尤为重要[1-3] 。水体藻类色素作为鉴定不同藻类和浮游植物群落组成的特征标示物。通常以叶绿素浓度来反应藻类浮游植物繁殖程度。其中叶绿素a 是水体生态系统的重要参数,通过有效方法来检测a 浓度达到检测水体藻类繁殖程度的目的[4]。 对选取规范方法、超声波法、反复冻融法、延时提取法、热丙酮法、丙酮加热法、热乙醇法、混合溶剂法是常见的8种检测方法。但这8种方法都需要提取样本,并在实验室内完成叶绿素a 的测定[5] 。其操作复杂,不能达到在线检测的效果,效率低下。 作者结合自动化控制、传感器、荧光检测、和通信技术,并通过相关实验数据,设计出一套能够实时检测叶绿素a 浓度的在线检测系统。该系统具有操作方便、灵活性强、测量数据准确等优点。1检测方法及原理藻类叶绿素a 的检测采用荧光发射原理。紫外光照射物质分子时,受激发分子以辐射形式将其吸收的能量释放返回基态时会发射出波长大于激光。对于不同荧光物质其分子结构和能量分布不同,显示出的吸收光谱和荧光光谱特性也不同[6] 。叶绿素a 在受光435nm 波长光激励时,a 分子发出荧光峰值波长为685nm ,其中发光过程在激光停止后约10-8s 内停止。只要激光的光强一定,荧光强度随着a 浓度的变化而变化。经过在紫外光的激发下,a 分子所发出的荧光强度为:(1)其中,k 为仪器常数;Q 为物质荧光效率;I 0为激励光光强;c 为物质浓度;b 为样品光程差;ε为摩尔吸收系数。 将(1)式取对数得:(2)其中,只要k ,Q ,I 0,b ,ε一定,A 、B 、C 也就是定值,a 浓度C 和荧光强度F 成数学关系。通过光学传感器对荧光的强度进行检测,能推断出叶绿素a 的浓度。2检测装置及系统结构设计2.1荧光检测装置设计 图1荧光检测装置刨面图 装置为钢制T 形,长15cm ,内直径5cm ,外直径6cm ,内壁有反光性高铬涂层。其中紫色激光头功率为50mw ,中心波长435nm ,光源具有高稳定性、强持续性以及高亮度、低损耗等特点。激光射出后通过435nm 干涉滤光片,滤出光波能保证叶绿素a 达到最佳激励。激发光透过滤光片射在分光棱镜上将光一分为二,射入测量槽内的是有用光,射向光电二级管1的是参考光。整个装置浸水后,槽内被水填满,滤网杂物挡在槽外,保证检测可靠性。435nm 波长的有用光与测量槽内水中的叶绿素a 发生荧光反应射出荧光。该光的中心波长为685nm ,装置内装有干涉滤光片下方再放置凸透镜,焦点处安装光电二级管2将荧光汇聚减少能量的损失。整个装置在水下工作,其密封性良好,保证了各个器件正常可靠工作。 2.2在线检测系统结构设计为实现在线检测目的,装置安装在遥控小船上,船上安有自动升降杆,装置固定在升降杆上,C8051F020单片机控制连接升降杆的步进电机,使装置水中自由升降。光电二级管1和2测量电压值分别经过DSP 放大电压后,送入单片机两路12位A/D 转换端口进行同步采样。对参 考和可用光作除法剔除整个系统因各种原因造成光源不稳定性带来的荧光值的浮动现象,减小外界光源对检测系统影响。通过控制电路对激光头的电流调解实现光强可调。 图2系统结构框图 数据通过无线传输方式传送。选择nRF2401无线收发模块,其传输数据速度快,外接天线能达几百米距离。模块的工作电压和单片机的工作电压一致,简化了电路设计。岸边检测人员通过计算机的操作实现远距离在线检测。数据传输方式为半双通方式,如图2所示。 2.3信号处理电路设计藻类繁殖情况不同,其叶绿素a 浓度也不同。当紫色激光头对其进行照射时,发出的光强也有较大差距。当叶绿素a 浓度比较低时,二级管2采集的光电信号将非常微弱,故必须用特殊放大器对其进行信号放 大,否则无法到达采样电压。 选用运放型号是ICL7650。该运放可分辨10-12A 电流,采用CMOS 工艺集成的载波稳零高精度运放,具有响应快、体积小、稳定性好等特 点。其接法如图3,光电二级管反偏接入直流电源端,C 55起稳压的作用。光电二极管为美国PSS 系列低暗电流光电二极管,其响应度高、暗电流 低、体积小、重量轻,广泛用于微光探测仪器仪表中。R 54、R 55、C 56组成反馈补偿网络降低宽带。芯片10脚直接输入单片机的A/D 采样端。3实验结果与分析为检验系统可行性,用浓度为0.1μg/L 藻类溶液配置不同浓度溶液, 分别为:25%~100%。调节激光头光强,选用光强为60Lm/m 2的调制光照射不同浓度藻类溶液。单片机处理光电传感器检测到的电压信号 得出以下实验数据。摘 要:藻类大量繁殖导致水生物缺氧死亡是造成水华现象的直接原因。根据藻类叶绿素a 荧光发射原理,分析其光谱特性,设 计藻类浓度在线检测系统。系统由荧光检测装置、采样控制电路、无线发射模块和计算机监控系统组成。 关键词:水华;藻类浓度;叶绿素a ;荧光检测 á(1) á? F kQI e ááa a lg() C A B D F áá2.3 2.3 lg(),,A kQI B D kQI b b 图3运放硬件连接图 20--

藻类在水质监测中的应用

藻类在水质监测中的应用 10级生物科学班,100650103,玉罕务 (保山学院资源环境学院,云南保山 678000) 摘要:由于藻类对水质环境变化敏感,能够及时准确、综合反映水域生态环境状况。且大量研究表明,藻类在水环境监测中具有重要的生物指示作用。为此,利用藻类来评价和监测水质日益受到重视,利用藻类进行水环境监测的方法也越来越成熟。本文综述了藻类在水质监测中的应用及其应用方法和特点,为综合监测和治理水环境提供一定的理论依据和支持。 关键词:藻类;水质监测;方法 Abstract:Since algae is sensitive to water quality environment changes, it can reflect accurate and comprehensive water ecological environment situation in a timely manner. And a large number of studies have shown that algae in water environment monitoring has important biological indicator.Therefore, using algae to evaluation and monitoring of water quality is becoming more and more attention, the method of using algae in water environment monitoring is becoming more and more mature.This paper reviews the application of algae in water quality monitoring and application methods and characteristics of the comprehensive monitoring and management of water environment for provide certain theoretical basis and support. Key words:alage; water monitor; methods 藻类为低等植物,藻类形态结构非常简单,整个有机体都能吸收营养制造有机物,其繁殖方式简单,通常以细胞分裂为主,当环境条件适宜、营养物质丰富时,藻类个体数的增长非常快。由于藻类对水质环境变化敏感,其群落的种类组

水源水中藻类监测及水质变化原因分析.

水源水中藻类监测及水质变化原因分析 上个世纪以来,由于经济的增长及人类活动的影响,越来越多的水源水库水体逐渐从贫营养、中营养向富营养状态转化,藻类的生长直接影响净水处理工艺及供水水质安全。黑河金盆水库作为西安市主要的供水水源地,水体水质由水库建成时Ⅰ类逐渐变化为部分指标超过了Ⅲ类水,藻细胞密度峰值含量超过1700万个/L。因此,以黑河金盆水库为典型水源水库,研究水库藻类生长动态及其对水质的影响,具有重要的理论意义和实用价值。结合现场在线监测和取样实验室监测,对黑河金盆水库浮游植物以及其它水质指标进行分析。主要结论如下:(1)4-5月和6-12月是藻类生长的两个特征阶段。在前一阶段,随着水温的升高藻类数量迅速增加,水温与藻类呈现良好的相关性,优势藻种为绿藻、硅藻;而后一阶段,由于受到降水光照的影响,藻类数量先降低后增加,峰值出现在7月中下旬,优势藻种为绿藻、蓝藻。氮磷比值在18-56之间,表现为氮过量,磷为限制因子,藻种群密度高峰值主要受到磷含量、光照和水温的影响。监测期间黑河水库出现富营养型浮游植物指示种群,如栅藻、铜绿微囊藻、小球藻、直链藻等。(2)黑河水库在夏季出现热分层现象,表层与底层水温相差近20℃,水深30-40米处为温跃层。在春秋两季,水体温度分层变化不是十分显著,没有典型的“温跃层”,但是水体垂直剖面上水温“上高下低”的分层结构依然存在。这种温度分层有效限制了上下水团混合,形成溶解氧分层,使得水体下部成为厌氧区。现场监测结果表明夏季库心区底层厌氧水体中,溶解氧浓度为1mg/L,氨氮、总氮和总磷含量分别为表层水体的15倍、3.16倍和6倍。(3)黑河库区上游水质与库区水质对比表明,上游水质与库中水质季节变化趋势相同,但水库上游主要水质指标如氨氮、总氮、总磷和高锰酸盐指数均达到国家地表水Ⅲ类水质标准,而库区水质指标均高于上游水质,分析认为黑河水库上游水质对库中水质有一定程度的影响,但水库水质问题的主要原因是内源污染所致。(4)藻类生长悬浮特性及抑制中试试验表明蓝藻集中悬浮在水体2-3倍透明度水深区,而绿藻集中生长在0.5倍水体透明度水深区。在下向流速为1.5cm/min时,蓝藻竖向分布均匀,光补偿点以下藻类无上浮现象。在此流速下白天运行12小时可使得上层水体中蓝藻数量减少21.03%,光补偿点处蓝藻数量减少31.09%。 【关键词相关文档搜索】:环境工程; 浮游植物; 垂向分布; 黑河水库; 悬浮特性

最新藻类的检测和计数

藻类的检测和计数 个体记数法 方法依据和适用范围 方法依据:《含藻水给水处理设计规范》GJJ-32-89。 适用范围:本方法规定了用光学显微镜计量水中的总藻量的方式。 试剂 鲁哥氏液 配置方法:碘化钾60g ,溶于200mL 蒸馏水中,加碘40g ,溶解后加蒸馏水至1000mL 。 仪器 光学显微镜 藻类沉降筒 定量标本瓶 计数框 分析步骤 将含藻水样摇匀后倒入1000mL 圆柱形沉降筒中,然后再加入15mL 鲁哥氏液摇匀固定,静沉24h 后,用虹吸管小心吸出上部清液,将剩下的20~25mL 的浓缩液摇匀,移入30mL 定量标本瓶中,然后用上述吸出的上清液少许,分别冲洗沉降筒三次,每次的冲洗液一并移入上述30mL 的定量标本瓶中。 计数前,应注意观察定量标本瓶中样品的实际体积数;如不足30mL 应用蒸馏水加至30mL ;如超过30mL ,则用吸管小心吸出多余的清液,然后用左右平移的方式摇动200次,立即用0.1mL 的吸量管精确吸出0.1mL 标本瓶中部的样品,注入容积为0.1mL 的计数框中,小心盖上盖玻片,在盖上盖玻片时,要求计数框内没有气泡,样品不溢出计数框,然后在10×40或8×40倍显微镜下进行计数。框中的分配既要注意均匀性,又要注意随机性。同一标本的两片计数结果与其均数之差距如不大于其均数的±15%,则这两个相近的值的均数即可视为计数结果。计算公式: 式中: C —计数框面积 (mm 2); F S —每个视野的面积 (mm 2); F N —每片计数过的视野数; P N —每片通过计数实际数出的浮游植物的个数。 N N S P F F C L ???=1.0301水中的浮游植物的数量

植物表型组学研究技术(一)FluorCam 叶绿素荧光成像技术

植物表型组学研究技术(一) ——FluorCam叶绿素荧光成像技术

FluorCam叶绿素荧光成像技术 Rousseau等(High throughput quantitative phenotyping of plant resistance using chlorophyll fluorescence image analysis.Plant Methods, 2013, 9:17),利用FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统作为高通量表型分析平台,采用图像阈值分割等分析方法,对植物病原体感染进行了定量分析检测,根据Fv/Fm将感染分为不同阶段/等级,特别是可以将用其它方法难以分辨出来的感染前期加以分辨,并对5个品种的菜豆对普通细菌性疫病的抗性进行了定量分析评价。 PSI公司首席科学家Nedbal教授与公司总裁Trtilek博士等首次将PAM叶绿素荧光技术(Pulse Amplitude Modulated technique—— 脉冲调制技术)与CCD技术结合在一起,于1996 年在世界上成功研制生产出FluorCam叶绿素荧 光成像系统(Heck等,1999;Nedbal等,2000; Govindjee and Nedbal, 2000)。FluorCam叶 绿素荧光成像技术成为上世纪90年代叶绿素荧 光技术的重要突破,使科学家对光合作用与叶 绿素荧光的研究一下子进入二维世界和显微世 界,广泛应用于植物生理生态、植物胁迫与抗 性监测、作物育种、植物表型分析等。不同于 其它成像分析技术,FluorCam叶绿素荧光成像 只对叶绿素荧光波段敏感,可以有效避免环境 光的干扰,特异性、高灵敏度反映植物生理生 态状况。 主要功能特点如下: 1)高灵敏度CCD,时间分辨率可达50帧/秒,有效抓取叶绿素荧光瞬变;可选配高分 辨率CCD,分辨率1392x1040像素,用于气孔功能成像分析、稳态荧光如GFP荧光测量等

水体藻类爆发和水华形成的原因和治理途径复习过程

水体藻类爆发和水华形成的原因和治理途 径

水体藻类爆发和水华形成的原因和治理途径 去除藻类与控制其生长是湖泊水库水体恢复与保护的难题,本文从藻类产生的原因和治理措施着手,试图归纳出一个比较有效的手段来解决长期以来反复困扰人们的难题,供同行参考。 1. 为什么黑臭河道和污染严重的水体没有藻类的产生? 答:黑臭河道内的有机污染物含量和浓度都比较高,其中的污染物消耗了水体中的大量的氧,造成水体中的溶解氧含量相当低,生态平衡遭到严重破坏。所以藻类等低等微生物和植物都没有生存的条件。但是藻类生长的营养源还是客观存在。 在河道治理的初级阶段,采取曝气复氧措施后,水体中的溶解氧得到了部分提高,加上温度合适,光照合适,藻类生长的条件就成熟了,因为原来水体中存在的低等生物抗污染能力强、繁殖快、不易消亡,流入水体中及原有水体中的富含磷、氮等营养源给了这些藻类等低等生物的生长提供了生物能量。 致使通过污染治理后的初级阶段,藻类等低等生物迅速繁殖,形成另一公害而存在。而该公害也是表示水体将遭破坏的标志。 2. 治理的总体指导原则是什么? 答:水体环境将是继续治理改善和不治理将进一步恶化的关键。 治理的原则是:

(1)标本兼治,分步实施; (2)物理化学治理为辅(指标),生物治理为主(治本); (3)对症治理为解决燃眉之急,长期维护为长治久安之策; (4)单项阶段治理打好基础,建立综合生态体系维系水体健康。 逐步创建水体的自我平衡和自我修复的生态环境。 3. 治理的阶段和过程如何?怎样操作? 答:杀灭藻类和消除水华 (1)采用物理方法: 捞取水体中的丝状藻类和其它漂浮物。有条件的地方采用循环过滤的方法去除水藻。 (2)采用化学方法:(经常使用容易引起化学物质积累,造成二次污染;藻类等浮游生物产生耐受性,微生物变异等后果) 使用硫酸铜、季铵盐、活性剂、高锰酸钾、聚合氯化铝、硫酸亚铁等化学药剂,对过多的浮游生物、藻类进行杀灭、絮凝、沉降等手段,能够比较迅速改善水质,看到效果。

植物体叶绿素荧光测定仪的原理与使用方法

植物体叶绿素荧光测定仪的原理与使用方法 【实验目的】 ?了解目前在光合作用研究中先进的叶绿素荧光技术,了解便携式叶绿素荧光仪测定 植物光合作用叶绿素荧光参数的基本原理和仪器的使用方法。 ?老师演示和学生分组利用便携式叶绿素荧光仪(PAM2100)测定实验植物的叶绿素荧 光基本参数(Fo, Fm, Fv/Fm, Fm’, Fo’, Yield, ETR, PAR, qP, qN等)。 ?了解荧光仪的广泛应用 【实验原理】 仪器介绍和工作原理 叶绿素荧光(Chlorophyll Fluorescence)的产生 ?传统的光合作用测定是通过测量植物光合作用时CO2的消耗或干物质积累计算出 来。叶绿素荧光分析技术通过测量叶绿素荧光量准确获得光合作用量及相关的植物生长潜能数据。 ?叶绿素荧光动力学技术在测定叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗 散、分配等方面具有独特的作用,与“表观性”的气体交换指标相比,叶绿素荧光参数更具有反映“内在性”特点。 ?本实验以调制式叶绿素荧光仪PAM-2100(W ALZ)为例,测定植物叶绿素荧光主 要参数。植物叶片的生长状况不同,所处位置的不同,光照不同,叶绿素荧光参数数值也会有所不同,所以不同叶片之间叶绿素荧光产量存在着一定的差异。 【实验内容与步骤】 一、仪器使用步骤讲解 1. 仪器安装连接 将光纤和主控单元和叶夹2030-8相连接。光纤的一端必须通过位于前面板的三孔光纤连接器连接到主控单元,光纤的另一端固定到叶夹2030-B上。同时,叶夹2030-B还应通过LEAF CLIP插孔连接到主控单元。 2. 开机 按“POWER ON”键打开内置电脑后,绿色指示灯开始闪烁,说明仪器工作正常。随后在主控单元的显示器中会出现PAM-2100的表示。从仪器启动到进入主控单元界面大概要40秒。 3. PAM-2100的键盘 PAM-2100主控单元上有20个按键,现分别简要介绍主要按键的功能。

(完整版)浮游藻类监测及分类

浮游藻类监测方法、浮游藻类评价方法 实验仪器及器具 显微镜、冰箱、有机玻璃采样器、25#浮游生物网、烧杯、镊子、载玻片、盖玻片、刻度吸管、胶头滴管、硅橡胶管、乳胶管、量筒50ml、采样瓶50ml和1000ml若干等。 采样工具 定量样品:1000ml、1500ml、2000ml等各种容量和不同深度型号的有机玻璃采水器 定性样品 25#浮游生物网(孔径为0.064mm,200孔/in,1in=0.0254m) 采样量 根据浮游藻类的密度和研究的需要量而定 定量样品 一般以1~2L为宜,藻类密度高的采水量可少,密度低的采水量则要多 定性样品 一般水体中沿表层至0.5m拖滤1.5~5.0m3体积 样品采集 定量样品 一般用有机玻璃采水器采样,采水器深入水中,根据刻度采集不同水层的水样 定性样品 用25#浮游生物网在表层至0.5m深处以20~30cm/s的速度作∞形循回拖动约1~3min 样品固定 定量样品 测定藻类用的水样采样后应立即加以固定以免时间延长样品变质。固定剂用鲁哥氏液,一般用量为1L水样中加15ml鲁哥氏液,使水样摇匀即可(加鲁哥氏液的作用) Lugols鲁哥氏液固定液:称取40g碘及60g碘化钾(分析纯),溶于1000ml纯水中 定性样品 定性样品一般采样量为20ml(指管容积),加福尔马林溶液1ml、甘油2ml。为防止样品褪色,可在样品中加1、2滴饱和硫酸铜溶液(分别加入的溶液的作用) 对于浮于水样表层的样品(如带气囊的微囊藻)可在样品中加入适量皂液,以便沉降 样品的沉淀及浓缩 1、沉淀和浓缩可以在筒形分液漏斗或直接在采样瓶中进行,因为一般浮游藻类的大小为几微米到几十微米,再经过碘液固定后,下沉较快,所以静置沉淀时间一般需用24 ~48h。 2、然后用细小玻璃管加乳胶管或小橡皮管以虹吸方式缓慢地吸去上层的清液,注意不能搅动或吸出浮在表面和沉淀的藻类。 3、最后留下约20ml时,将沉淀物放入容积为50 ~100ml的试剂瓶中,试剂瓶事先应精确的在30ml处做好标记,用吸出的上层清液或蒸馏水冲洗分液漏斗或采样瓶2~3次,一起放入试剂瓶中,在计数时定容到30ml(转移量大于30ml时可多次虹吸)。 样品计数 显微镜的校准(需要好好学习) 将目(测微)尺放入10倍目镜内,应使用刻度清晰成像(一般刻度面应朝下),将台(测微)尺当作显微玻片标本,用20倍物镜进行观察,使台尺刻度清晰成像。台尺的刻度代表标尺上的实际长度,一般每小格0.01mm。转动目镜并移动载物台,使目尺与台尺平行,并且目尺的边沿刻度与台尺的0点刻度重合,然后数出目尺10格相当于台尺多少格,用这个格数去乘0.01mm,其积表示目尺10格代表标本上的长度多少。用台尺测出视野的直径,按πr2计算视野面积。

浅谈荧光分析法的特点及在环境分析中的应用

荧光分析法的特点及在环境分析中的应用 摘要:论文综述了荧光分析法的特点及在环境分析中的应用。重点分析了荧光分析法的原理、特点,以及常用的荧光分析法的讨论。分析了荧光分析法在环境监测中的应用,测定范围和发展情况。 关键词:荧光分析;环境分析;应用 1.引言 环境中分析、监测的对象往往是微量、超微量的物质,有很多还具有时间性和空间性,因此对分析技术要求越来越高。荧光分析法和分光光度法以其灵敏度高、检测限低、准确性好等优点在近年来得到了迅速发展。荧光分子探针的设计合成以及荧光分析法在环境分析化学中的应用是方兴未艾的研究方向[1]。 分子荧光分析具有检测限低,灵敏度高,选择性好,取样量少,方法简捷快速等特点,是一种重要的光谱化学分析手段,其中荧光分子探针检测技术在环境分析化学中占有重要的地位[2]。因此,在对环境的分析中,荧光分析法应用非常广泛,从天然水、饮用水到废水、污水;从土壤、大气到动植物;从人的头发、骨骼、血液到内脏等各个器官,涉及到的样品和应用范围几乎无所不有[3]。 2.荧光分析法的原理和特点 2.1.荧光分析法 2.1.1荧光及荧光分析 荧光是荧光化合物在受到紫外光、电和化学等能量激发后,电子从基态跃迁到激发态,然后通过辐射衰变释放出光子而回复到基态,即产生荧光。这些物质会在极短的时间内(8-10秒)发射出各种颜色和不同强度的可见光,而当紫外光停止照射时,所发射的光线也随之很快地消失。 荧光分析是指利用某些物质在紫外光照射下产生荧光的特性及其强度进行物质的定性和定量的分析的方法。1852年G.G.斯托克斯(G.G.Strokes)发现荧光,真正的荧光光谱测量则始于本世纪60年代。 2.1.2荧光激发光谱和发射光谱 荧光是一种光致发光现象,由于分子对光的选择性吸收,不同波长的入射光便具有不同的激发效率。如果固定荧光的发射波长不断改变激发光的波长,并记

荧光分析法检测原理及应用举例

1荧光定义 某些化学物质从外界吸收并储存能量而进入激发态,当其从激发态回到基态时,过剩的能量以电磁辐射的形式放射出去即发光,称之为荧光。可产生荧光的分子或原子在接受能量后引起发光,供能一旦停止,荧光现象随之消失。 2荧光分类 由化学反应引起的荧光称为化学荧光,由光激发引起的荧光称为光致荧光,课题主要研究光致荧光。按产生荧光的基本微粒不同,荧光可分为原子荧光、X 射线荧光和分子荧光,课题主要研究分子荧光。 3光致荧光机理 某一波长的光照射在分子上,分子对此光有吸收作用,光能量被分子所吸收,分子具有的能量使分子的能级由最低的基态能级上升至较高的各个激发态的不同振动能级,称为跃迁。分子在各个激发态处于不稳定的状态,并随时在激发态的不同振动能级下降至基态,在下降过程中,分子产生发光现象,此过程为释放能量的过程,即为光致荧光的机理。光致荧光的过程按照时间顺序可分为以下几部分。 3.1 分子受激发过程 在波长为10~400nm的紫外区或390~780nm的可见光区,光具有较高的能量,当某一特征波长的光照射分子时,是的分子会吸收此特征波长的光能量,能量由光传递到分子上,此过程为分子受激发过程。分子中的电子会出现跃迁过程,在稳定的基态向不稳定的激发态跃迁。跃迁所需要的能量为跃迁前后两个能级的能量差,即为吸收光的能量。分子跃迁至不稳定的激发态中即为电子激发态分子。 在电子激发态中,存在多重态。多重态表示为2S+1 o S为0或1,它表示电子在自转过程中,具有的角动量的代数和。S=0 表示所有电子自旋的角动量代数和为0,即所有电子都是自旋配对的,那么2S+仁1,电子所处的激发态为单重态,用S i 表示,由此可推出,S0 即为基态的单重态,S1 为第一跃迁能级激发态的单重态,S2为第二跃迁能级激发态的单重态。S=1表示电子的自旋方向不能配对,说明电子在跃迁过程中自旋方向有变化,存在不配对的电子为2个,2S+仁3,电子在激发态中位于第三振动能级,称为三重态,用T i 来表示,T1 即为第一激发 态中的三重态,T2即为第二激发态中的三重态,以此类推。 分子跃迁至各个激发态中,状态不稳定,随时会释放出能量,释放能量的类型有两种:一种是辐射跃迁,另一种是非辐射跃迁,释放能量会回到稳定的基态。

水体藻类浓度在线检测系统的设计

水体藻类浓度在线检测系统的设计 藻类大量繁殖导致水生物缺氧死亡是造成水华现象的直接原因。根据藻类叶绿素a荧光发射原理,分析其光谱特性,设计藻类浓度在线检测系统。系统由荧光检测装置、采样控制电路、无线发射模块和计算机监控系统组成。 标签:水华;藻类浓度;叶绿素a;荧光检测 引言 近年随着经济高速发展,人们生活水平日益改善,环境破坏也日益严重。工业和生活用水的任意排放造成湖泊水体中藻类大量繁殖,水体生物因藻类过度繁殖而缺氧死亡,引起水体富营养化,称为“水华”。加强对水体藻类的繁殖检测尤为重要[1-3]。 水体藻类色素作为鉴定不同藻类和浮游植物群落组成的特征标示物。通常以叶绿素浓度来反应藻类浮游植物繁殖程度。其中叶绿素a是水体生态系统的重要参数,通过有效方法来检测a浓度达到检测水体藻类繁殖程度的目的[4]。对选取规范方法、超声波法、反复冻融法、延时提取法、热丙酮法、丙酮加热法、热乙醇法、混合溶剂法是常见的8种检测方法。但这8种方法都需要提取样本,并在实验室内完成叶绿素a的测定[5]。其操作复杂,不能达到在线检测的效果,效率低下。 作者结合自动化控制、传感器、荧光检测、和通信技术,并通过相关实验数据,设计出一套能够实时检测叶绿素a浓度的在线检测系统。该系统具有操作方便、灵活性强、测量数据准确等优点。 1 检测方法及原理 藻类叶绿素a的检测采用荧光发射原理。紫外光照射物质分子时,受激发分子以辐射形式将其吸收的能量释放返回基态时会发射出波长大于激光。对于不同荧光物质其分子结构和能量分布不同,显示出的吸收光谱和荧光光谱特性也不同[6]。叶绿素a在受光435nm波长光激励时,a分子发出荧光峰值波长为685nm,其中发光过程在激光停止后约10-8s内停止。只要激光的光强一定,荧光强度随着a浓度的变化而变化。 装置为钢制T形,长15cm,内直径5cm,外直径6cm,内壁有反光性高铬涂层。其中紫色激光头功率为50mw,中心波长435nm,光源具有高稳定性、强持续性以及高亮度、低损耗等特点。激光射出后通过435nm干涉滤光片,滤出光波能保证叶绿素a达到最佳激励。激发光透过滤光片射在分光棱镜上将光一分为二,射入测量槽内的是有用光,射向光电二级管1的是参考光。整个装置浸水后,槽内被水填满,滤网杂物挡在槽外,保证检测可靠性。435nm波长的有用光与测量槽内水中的叶绿素a发生荧光反应射出荧光。该光的中心波长为685nm,

叶绿素荧光成像技术及其在光合作用研究中的应用

Fluorcam荧光成像技术及其在光合作用研究 中的应用 Eco‐lab生态实验室 北京易科泰生态技术有限公司 info@eco‐https://www.doczj.com/doc/c018648999.html,

目录 1、叶绿素荧光成像技术发展过程 2、荧光参数及其生理意义 3、PSI介绍(荧光成像的发明者) 4、PSI产品介绍 5、应用案例

叶绿素荧光技术发展历程 ?Kautsky effect: Kautsky and Hirsch(1931)首次用肉眼发现叶绿素荧光现象并发表论文“CO2同化新实验”,后被称作“Kautsky effect” ?PAM(Pulse Amplitude Modulated Fluorometer): Schreiber(1986)等发明了PAM脉冲调制技术测量叶绿素荧光。?FluorCam:KineKc imaging of chlorophyll fluorescence: Ladislav Nedbal(2000)等于上世纪90年代末期发明了与 PAM技术相结合的叶绿素荧光成像技术

成像测量局部放大

荧光参数及其意义 ?Fo、Fm与QY,此外还有PAR_Abs及ETR ?Kautsky诱导效应:Fo,Fp,Fv,Ft_Lss,QY,Rfd ?荧光淬灭分析:Fo,Fm,Fp,Fs,Fv,QY,NPQ,Qp,Rfd 等50多个参数 ?OJIP曲线:快速荧光诱导曲线。Fo,Fj,Fi,P或Fm,Mo(OJIP曲线初始斜率)、FixArea固定面积、Sm(对关闭所有光反应中心所需能量的量度)、QY、PI等 ?LC光响应曲线:Fo,Fm,QY,QY_Ln

叶绿素荧光仪著名厂商 ?PSI:捷克布尔诺Brno(孟德尔在此发现著名的孟德尔遗传定律),Ladislav Nedbal为首席科学家和主要股东(另一股东为David Kramer,美国密执根州立大学教授),1997年为美国华盛顿大学H.Pakrasi教授研制成了第一台FluorCam荧光成像系统。主要产品有: –FluorCam叶绿素荧光成像系列产品 –FL3500/FL5000双调制荧光仪系列产品 –FluorPen及AquaPen等手持式荧光仪产品 –光养生物反应器等藻类培养与在线监测产品 –光源与植物培养室 ?Optics:美国,主要产品为OS5p‐PAM叶绿素荧光仪等?Walz:德国,主要产品为PAM2500叶绿素荧光仪等

时间分辨荧光分析技术

1.1 时间分辨荧光分析技术 时间分辨荧光生化分析技术是基于稀土荧光配合物特殊的荧光性质而建立起来的,自1978年提出以来[1],已广泛的应用于免疫分析、核酸测定、荧光显微镜成像、细胞识别、单细胞原位测定、生物芯片等生化领域,并发展出了相应的时间分辨荧光免疫测定法、时间分辨荧光DNA 杂交测定法、时间分辨荧光显微镜成像测定法、时间分辨荧光细胞活性测定法及时间分辨荧光生物芯片测定法等分支。 本节主要对稀土荧光配合物的发光机理、荧光性质,时间分辨荧光测定的原理,时间分辨荧光免疫分析技术,时间分辨荧光显微镜成像技术的研究进展等加以介绍。 1.1.1 稀土荧光配合物的发光机理及荧光性质 稀土元素指的是元素周期表中IIIB 族的镧系元素以及钪和钇,共17种元素。其中镧系元素的外层电子结构为4f 0-145d 0-106s 1-2,由于5s 和5p 电子对4f 电子的屏蔽作用,导致这些金属及其离子的性质十分相似。图1.1给出了四种三价稀土离子的基态及激发态电子能级图[2]。 1020 152530355 E N E R G Y ,103c m -1 6 H 5/2 G 5/2 6 H 15/2 7 F 0 F 2D 0 5D 1 7F 6 F 5 4 5D 3 13/2 4 9/2 Sm 3+ Eu 3+ Tb 3+ Dy 3+ H 9/2 图1.1 部分三价稀土离子的电子能级图 Fig. 1.1 Electronic energy levels of certain lanthanide(III) ions 大部分稀土离子本身是不具有荧光性质的,只有Sm 3+、Eu 3+、Tb 3+和Dy 3+的水溶液在紫外光或可见光的激发下能够发出微弱的荧光。当Sm 3+、Eu 3+、Tb 3+和Dy 3+与某些有机配位体形成配合物时其荧光强度会显著增强,这种发光是基于配合物由配位体到中心稀土离子的能量转移所产生的[3-8]。以铕(III)配合物为例,其荧

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