Способ измерения концентрации хлорофилла

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРОФИЛЛА путем возбуждения и измерения интенсивности его фотолюминесценции в выделенном объеме исследуемой воды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерения, перед возбуждением фотолюминесценции выделенный объем воды облучают ультразвуковым излучением с интенсивностью от 5 до 200 Вт/см до прекращения фотосинтетической активности хлорофилла.

ИЬК

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ФигЛ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3732181/24 — 25 (22) 19,03.84 (46) 23.11.85 ° Бюл. ¹ 43 (72) И.Л. Кузнецов, А.И. Лапшин и А.А. Шавыкин (53) 535.37:621.9.048.6(088.8) (56) Современные методы количественной оценки распределения морского планктона. — М.: Наука, 1983. с. 280.

S1ovacek R.Е. Hannan P.J. In vivo

fluorescence determinations of phytoplankton chlorophylla ° — Oceanograph and Limnol, 1977, vol. 22, р. 919-925. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРОФИЛЛА путем возбуждения и измерения интенсивности его фотолюминесценции в выделенном объеме исследуемой воды, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерения, перед возбуждением фотолюминесценции выделенный объем воды облучают ультразвуковым излучением с интенсивностью от 5 до 200 Вт/см до прекращения фотосинтетической активности хлорофилла.

1.193544!

О

20 фильтры 11 — 14.

Изобретение относится к люминесцентным методам исследования жидких сред и наиболее эффективно может быть использовано, например, в океанологии и лимнологии для определения концентрации хлорофилла, содержащегося в фитопланктоне, что необходимо для определения биологической продуктивности естественных водоемов.

Цель изобретения — повышение точности измерения концентрации хлорофилла и упрощение процесса его проведения.

Предлагаемый способ основан на сильном биологическом влиянии ультразвукового излучения в интервале частот от 20 до 1000 кГц и с интенсивностью от 5 до 200 Вт/см . Ультразвуковое излучение с интенсивностью от 0,1 до 1 Вт/см на жизнедеятельность животных и растительных организмов, а также микроорганизмов оказывает или незначительное, или стимулирующее влияние.

Интенсивность ультразвука более

1 Вт/см оказывает на жизнедеятельность уже угнетающее влияние, причем при 1-5 Вт/см это влияние проявляется медленно.

Ультразвуковое облучение с интенсивностью от 5 до 200 Вт/см быстро ведет к потере жизнедеятельности; в частности, к прекращению фотосинтетических процессов в фитопланктоне и биолюминесценции зоопланктона.

Верхнюю границу интенсивности ультразвука (200 Вт/см ) выбирают условно из соображений целесообразности аппаратурной реализации предлагаемого способа. Для получения более высоких интенсивностей требуется уже сложная, громоздкая аппаратура, что нецелесообразно из экономических соображений, а также потому, что с увеличением интенсивности ультразвука его биологическое влияние принимает характер насыщЕния..

Из аналогичных соображений возможности метрологического обеспечения задают частотный интервал (501000 кГц) используемого звукового излучения.

На фиг. 1 изображено устройство, реализующее способ измерения концентрации хлорофилла; на фиг. 2 — кривые временной изменчивости интенсивности фотолюминесценции хлорофилла в образце морской воды; на фиг. 3— градуировочная зависимость между интенсивностью фотолюминесценции

1 фл и концентрацией хлорофилла С„„.

Устройство, реализующее способ измерения концентрации хлорофилла— погружной, проточный флуориметр— выполнено в виде герметичного корпуса 1, в котором смонтированы основные функциональные узлы. Проточный гидравлический канал 2 содержит измерительный тракт с входным и выходным отверстиями в герметичном корпу; се и механический фильтр 3. Оптическая система содержит источник 4 возбуждающего света, фотоприемники 5 и 6 (например, фотоумножители или фотодиоды). защитные иллюминаторы

7 и 8 каналов возбуждения, иллюминаторы — объективы 9 и 10 каналов регистрации фотолюминесценции, светоЭлектронная система содержит блок питания 15 и преобразования 16 измеряемых сигналов и измерительных преобразователей 17 и 18 давления и температуры. Облучатель потока исследуемой воды ультразвуком содержит пьезоэлектрический излучатель 19 с защитным покрытием и блок питания, входящий в электронные блоки 15 и 1 6.

Устройство, реализующее способ измерения концентрации хлорофилла, работает следующим образом.

Поток исследуемой воды в гидравлическом тракте 2 проходит предварительно через механический фильтр 3 и ультразвуковой облучатель 19. Механический фильтр 3 не пропускает крупные частицы вэвесей и живых организмов. Ультразвуковой облучатель воздействует на взвешенный в воде фитопланктон, за время 0,1

0,02 с прекращает его фотосинтетическую деятельность и таким образом стабилизирует люминесцентные свойства хлорофилла. Для обеспечения химической чистоты и защиты пьезоэлектрического излучателя от корродирующего влияния морской воды он обеспечен защитным покрытием, выполненным, например, фторлоновым лаком.

Подвергнутый воздействию ультразвука поток исследуемой воды поступает в зону светового возбуждения от источника 4 через иллюминаторы 7 и 8 и светофильтры 11 и 12, выделяющие спектральный интервал полос поглоще3 1193544 4 ния хлорофилла. Возникающая под дейст мя, зависящее от интенсивности звувием возбуждающего света фотолюминес- кового излучения и от времени облуценции под углом в 90 фокусируется чения (фиг. 2), определяемого объективами-иллюминаторамй 9 и 10 на длиной цилиндрического излучателя фотоприемники 5 и 6 через светофильт- 5 H скоростью прокачки исследуемой ры 13 и 14, выделяющие оптический ин- жидкости. Чем больше интенсивность тервал флуоресценции хлорофилла.Элект- звУкового излучения и чем больше рический сигнал, возникающий в фото- вРемя облучения образца, тем скоприемниках, усиливается и преобразует- Рей значения интенсивности фотолюся в электронных блоках 15 и 16 и по в 0 минесценции выходят н дят на насыщение, в ступает в систему регистрации. режиме которого осуществляют заДвухканальная оптическая схема флу- меры. ориметра обеспечивает дифференциаль- С помощью зависимости, изображенные измерения интенсивности фотолюми- ной на кривой 2 фиг. 2, задают иннесценции хлорофилла, например, отно- 5 тенсивность звукового излучения при сительно опорного сигнала, создавае- данной скорости прокачки исследуемой мого полосой комбинационного рассея- воды, которая определяет пространстния света водой или флуоресценцией венное разрешение измерения концентрастворенного органического вещества, Рации хлорофилла. или флуоресценцией образца сравнения. 10 Для создания интенсивности ультраС помощью измерительных преобразо- звУка в интервале 20-200 Вт/см исвателей 17 и 18 давления и темпера- пользуют мозаичный пьезоизлучатель, .туры, контролируют глубину погружения собранный из отдельных элементов флуориметра и.температуры исследуе- полусферической или параболической мои среды, от которых может зависеть формы на базе керамики ЦТС-19. интенсивность флуоресценции хлорофилла. ты и для защиты пьезоизлучателя от

Пример 1. Определение кон- коррозии его покрывают защитным центрации хлорофилла в конкретном слоем фторлонового лака, например образце морской воды. Для проведения З0 марки ЛФЭ-32. анализа используют устройство реаУ

Регулировку ку частоты ультразвуколизующее предлагаемый способ (фиг.1). вого излучения в интервале 20—

Осуществляют замкнутую циркуляцию 1000 кГц осуществляют применением исследуемой воды в гидравлическом пьезокерамических элементов различканале флу риметра с помощью насоса. ной толщины и соответствующей щ и регули-.

Без включения ультразвукового излу- ровкой генератора в блоке питания чателя возбуждают и измеряют флуорес- ультразвукового облучателя. ценцию хлорофилла с частотой, в Приме 2. Пи р . Ри исследовании

О, 1 Гц. Временная изменчивость интен- содержания хлорофилла в природном сивности флуоресценции в этом случае 0 водоеме отбирают образец воды с соответствует кривой 20 (фиг. 2). максимально большой интенсивностью

Аналогичные измерения проводят с второй половиной образца, причем дом последовательного разбавления синхронно с началом измерений вклю- образца чистой дистиллированной чают ультразвуковой излучатель. В 45 водой, например, вдвое, измеряют этом случае результаты измерений со- интенсивность флуоресценции исходответствуют кривой 21 (фиг. 2). ного и разбавленных образцов по пред

Ультразвуковой излучатель выполня- лагаемому способу и стро строят градуироют, например, из пьезокерамики мар- вочный график зависимости интенсивки ЦТС- . Для создания интенсивнос- 50 ности флуоресценции от концентрации ти ультразвука в пределах 5-20 Вт/см хлорофилла (фиг. 3). Привязку градупьезоэлектрический излучатель samoa- ировочной зависимости к абсолютным няют в форме цилиндра или собирают значениям концентрации хлорофилла излучатель заданной длины из набора осуществляют биохимическим и, в чаЦТС-19. шаи, выполненных из пьезокерамики 5 стности спектрофотометри ческим методом с экстракцией хлорофилла оргаЗначения интенсивности флуорес- ническими растворител и телями, например ценции выходят на насьпцение за вре- ацетоном.

1393544

Фиг.2

Слл

Фивы

ВНИИПИ Заказ 7309/46 Тираж 896 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Пример 3. Путем непрерывных измерений in situ на различных горизонтах глубины моря исследуют пространственное распределение поля концентрации хлорофилла с помощью погружного проточного флуоримегрл в режимах буксирования и зон.п;ровапня, Включение ультразвуков то облучения убирает биолюминеспенгную сос авляющую в регистрации интенсивности люминесценции н обеспечивает использование градуировочной зависимости, изображенной на фиг. 3. Это позволяет получить вертикальные профили распределения хлорофилла и количественные характеристики горизонтальной изменчивосги, по которым щ определяют биологическую продуктивность водоема.