[发明专利]一种双光路法海岸带水体叶绿素原位监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于水环境光学法原位检测技术领域，具体是一种双光路 法海岸带水体叶绿素原位监测方法及实现该方法的装置。

背景技术

叶绿素几乎存在于所有浮游植物中，是估量浮游植物和藻类的含 量和分布状况主要指标之一。叶绿素a的浓度可用于监测站与研究机 构了解、分析水质富营养化程度和海洋生物的分布状态等，并且还与 水产养殖业和渔业等密切相关，是检测水质质量的常规检测项目。

目前我国测量水体叶绿素含量的主要方法有分光光度法、高效液 相色谱法和荧光法等。分光光度法和高效液相色谱法都需要实验室采 样、萃取将水样中叶绿素提取出来后再用分光光度法进行分析测定， 尽管测试数据准确可靠，但测量步骤繁琐，时间长、数据少，应用于 现场实时监测时受限制。随着荧光法测量水体叶绿素研究的不断进 展，研发具有高精准度、高灵敏度的实时在线叶绿素分析仪已经是现 在水环境生态系统监测领域中一个热点。本发明采用的荧光法比分光 光度法更适用于叶绿素含量极低的情况，检测灵敏度更高，并可用于 河流、湖泊及海洋等多种水体现场检测，能够实时监测浮游植物、藻 类等分布、生长以及变化状态。

传统叶绿素分析仪大部分为柜式结构，体积大，成本高，抽取水 样进行采集测试。

发明内容

本发明采用荧光法检测原理，主要由光源模块、测量模块，参考 模块和信号处理模块四部分组成，实现了现场实时、快速、大面积、 精准监测水体叶绿素浓度的目的。由于被测水体中叶绿素α在外加蓝 色光源的激发下，会在较长波长685nm附近释放荧光，通过直接测量 荧光强度可以在线监测叶绿素α浓度。光源模块发出的蓝光经测量模 块中的二向色分光片，大部分光被反射后由凸透镜在石英窗口前聚 焦，形成的准直光通过光窗照射水体叶绿素产生荧光，反射回的荧光 经二向色分光片透射后由信号处理模块中的光电探测器一进行检测。 光源模块发出的小部分光束经二向色分光片透射入参考模块中光电 探测器二作为评价光源能量变化的参考信号。

具体技术方案如下：

一种双光路法海岸带水体叶绿素原位监测方法，基于荧光法检测 原理，通过直接测量荧光强度在线监测叶绿素α浓度；具体方法为：

(1)光源模块中的激发光源采用超亮蓝LED灯；

(2)采用双光路测试系统，LED光源发射的光平行入射到经过 45°方向安装的二向色分光片后分成两束光，一束经二向色分光片反 射与入射光成直角的探测光和一束与入射光平行的参考光；

(3)二向色分光片为45°方向安装，反射400-480nm波长的光 并透射500-700nm的光，保证反射探测光并使其垂直入射到水体，激 发的荧光透过分光片被光电探测器一接收，检测荧光与LED光源的入 射光呈直角，与探测光平行；

(4)探测光垂直通过聚焦透镜一和光学石英窗口，变为准直光 照射入水样，叶绿素受激发发出的荧光再经光学石英窗口、聚焦透镜 一、二向色分光片和聚焦透镜二被光电探测器一接收；

(5)光源模块发出的光经测量模块中的二向色分光片分成两束 光，其中的一束参考光由光电探测器二进行检测，再由数据采集单元 进行处理；

(6)控制单元与数据采集单元控制光源发光，使被测水体叶绿 素受激发发射荧光；光电探测器一将接收到的荧光转换为相应的电信 号，数据处理单元再对光电探测器一转换的电信号进行处理，并计算 出被测水体叶绿素a的含量，同时将数据传输至控制单元进行显示；

(7)数据处理单元由采集的荧光信号计算出被测水体叶绿素a 的含量按照如下公式：

C＝a×(E-F)

其中，C是被测水体藻类叶绿素a浓度，单位为mg/L；E是计算 得到的位于特征中心波长685nm处的荧光强度；a是线性相关系数； F是校正被测水体中黄色物质CDOM的补偿数值，补偿数值F储存在 控制处理模块内部。