[发明专利]基于荧光法的水体藻类光合作用活性原位检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于环境水体污染荧光检测技术，具体是一种基于荧光法的水体藻类光合作用活性原位检测装置及方法。

背景技术

蓝藻水华暴发与饮用水安全预警是当今世界各国共同关注的热点问题和环境科学难题，虽然相互独立的单个因子难以指示蓝藻水华的发生与否，但是藻类光合作用活性作为影响蓝藻水华的重要参数，我国目前尚缺乏快速有效的在线监测技术与设备。

藻类的光合作用活性在藻类的不同生长阶段直接表征了藻类的生长状况，然而对于藻类不同生长阶段中，藻类光合作用活性、藻浓度以及藻毒素产生与释放行为关系等尚不清楚，实现藻类光合作用活性的快速、原位监测不仅能为研究藻类生长状况与蓝藻水华发生之间的关系，以及提供蓝藻水华暴发及饮用水安全预警的实时监测数据，而且为研究藻类不同生长时期藻类光合作用活性与藻浓度以及藻毒素的产生与释放行为关系提供快速的藻类状态监测手段。

现有的测量技术主要有光声光谱技术和光学遥感技术。光声光谱技术是一种以光声效应为基础的光谱分析检测技术，通过检测物质在吸收辐射后热激发的声波来获取光谱信息。光声光谱技术主要用于研究高等植被的光合作用情况，无法用于水体藻类光合作用活性的快速、原位测量。光学遥感技术是通过物体对光的吸收、反射及吸光后的再发射特性来实现信息的获取，对于植被、地貌及海面等大面积范围的测量具有较大的优势，但对于水体中藻类的光合作用情况，仅能实现水体表面藻类的观测，即藻类在水面的分布或大面积爆发后才能进行，无法用于监测水下藻类生长过程中水质情况的变化。

发明内容

针对我国尚缺乏水体藻类光合作用活性快速有效的在线监测技术与设备情况，发明了一种基于荧光法的水体藻类光合作用活性原位检测方法与装置。即利用荧光方法实现水体藻类在不同激发光源作用下的藻类叶绿素荧光信息提取，并进行藻类光合作用活性状态的表征。该方法具有操作方便、快速自动、对分析样品无损等优点，能够实现水体藻类光合作用活性的快速、原位测量，并应用于不同的水流域(近海水体，湖、库水源地等)及不同深度水体的实时、原位监测。

本发明的技术方案如下：

基于荧光法的水体藻类光合作用活性原位检测装置，包括有LED灯阵列、透光的水体样品以及控制电路，其特征在于所述的LED灯阵列的出射光前方光路中依次设有透镜组、可见光滤波片、第一聚焦透镜、所述水体样品、第二聚焦透镜、带通滤波片，带通滤波片后面设有PMT探测器，LED灯阵列发出的激发光源经过透镜组变成平行光，再经过可见光滤波片滤波、经过第一聚焦透镜聚焦成为一个能量集中的光斑，照射到水体样品，水体激发出的荧光经过第二聚焦透镜与带通滤波片后被光电探测器接收输入后续电路进行处理，可见光滤波片滤除可见光(400-700nm)以外波长的光，带通滤波片是仅能通过685nm波长的光，滤除其它波长的光，只进行该波长的荧光测量。

基于荧光法的水体藻类光合作用活性原位检测方法，其特征在于包括以下步骤：

①设有待测量的样品水体，水体中藻类活体受光照射后产生荧光，藻类活体荧光几乎全部来源于光系统II(PSII)的叶绿素a，藻细胞吸收光能后，一部分P用于光合作用，另一部分D以热的形式耗散到环境中，剩余的部分F以荧光的形式发射出来，根据能量守恒可知P+D+F＝1；在样品水体前方设置激发光源，经充分暗适应后，激发光源产生很弱的测量光，只激发藻类细胞色素的本底荧光，不能使藻细胞进行光合作用，测量得到初始荧光F_O；光系统II(PSII)，是指藻类细胞的光合作用系统，能将吸收后的光能转换为生长所需要的能量；

②激发光源产生光强足够大的光饱和脉冲光，此时藻细胞的光合作用被完全抑制，荧光迅速上升至最大，测得最大荧光强度F_m；在打开饱和脉冲光的短暂时间内D/F的比值保持不变即D₀/F₀＝D_m/F_m，则可由下式计算出PSII的最大光合作用量子产量，P＝1-F_O-D_O＝1-F_O-F_O·(1-F_m)/F_m＝(F_m-F_O)/F_m，P反映了藻类细胞的潜在最大光合能力；