Способ определения концентрации хлорофилла в природных водах

 

Изобретение относится к использованию жидких сред люминесцентными методами. Целью является повышение чувствительности определения. При окислении активным кислородом возникает хемилюминесценция. По интенсивности свечения определяют концентрацию хлорофилла. 2 ил. (Л со О1 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЯИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„SU,», l 315877 дд 4 С 01 N 21/64

"-: ,М аРь

),ю

Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ фф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3717620/28-25 (22) 02.04,84 (46) 07.06.87. Бюл. - 21 (71) Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.M.Êíèповича (72) А.И.Лапшин, С.Б.Степин . и А.А.Шавыкин (53) 543.426(088.8) (56) Владимиров В.Л., Мартынов О.В, Прибор для измерения флуоресценции хлорофилла в поверхностном слое океана, — В сб ° : Методы и аппаратура для океанологических исследований. Севастополь: М1 И АН УССР, 1982, с. 65-69 °

Авторское свидетельство СССР

842511, кл. G 01 N 21/64, 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ХЛОРОФИЛЛА В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ (57) Изобретение относится к использованию жидких сред люминесцентными методами. Целью является повышение чувствительности определения. При окислении активным кислородом возникает хемилюминесценция. По интенсивности свечения определяют концентрацию хлорофилла. 2 ил.

13)5877

Изобретение относится к исследованию жидких сред люминесцентными методами и может быть использовано в океанологии и лимнологии для измерения концентрации фотосинтетически активного хлорофилла и фитопланктона, определяющих биологическую продуктивность естественных водоемов.

Цель изобретения — повышение чув-. ствительности определения фотосинтетически активного хлорофилла.

Изобретение основано на результатах экспериментальных исследований, в которых обнаружено, что водные массы моря содержат активный кислород перекисного типа,локализованный на фитопланктоне. Закономерности его распределения совпадают с распределением фитопланктона в морских акваториях, например ярко выражена пятнистая мелкомасштабная структура распределения, четкая корреляция с глубиной залегания слоя скачка плотности воды, вертикальная слоистая перемежаемость, низкочастотные колебания и т. п.

На фиг.1 показана зависимость между интенсивностями хеми- и фотолюминесценции; на фиг.2 — распределение содержания хлорофилЛа по различным горизонтам глубины моря.

Измерения активного кислорода проводят с помощью хемилюминесцентной реакции L + Р + 0„- ХП + h0, где L — - хемилюминесцентное вещество;

Р— инициатор хемилюминесцентного окисления вещества L; 0 — окислитель — активный, перекисный кислород, локализованный на фитопланктоне;

: П вЂ” продукты реакции; h 4 — кванты излучаемого света, Интенсивность хемилюминесценции пропорциональна концентрации активного кислорода, локализованного на фитопланктоне I

Ч. I0„3, где y= В.К ° D., Pj

= const, где  — квантовый выход хемилюминесценции; К вЂ” константа ско-рости реакции, (Т., P ) и (О„) — концентрации индикаторных измерительных растворов и регистрируемого активного кислорода соответственно.

Механизм образования активного кислорода, локализованйого на фитопланктоне, тесно связан со сложными биоэнергетическими процессами фотосинтеза под действием солнечного света. Хлорофилл, как природный пигмент, известен как фотосенсибилизатор при10

ЗО

55 соединения кислорода к органическим и неорганическим соединениям с образованием перекисей. Хлорофилл сенсибилизирует, например, переход кислорода в активное синглетное состояние по реакции

Т + О,(K ) 0,(ЛК) + S, с р где Т,S — триплетное и синглетное состояния хлорофилла, соответственно;

О, (2:j)

0 (cog) — триплетный и синглетный кислород соответственно.

Химически активный синглетный кислород, в свою очередь, образует активные кислородсодержащие радикалы и перекиси.

Такие же радикалы и перекиси возникают в фитопланктоне при фотодинамическом образовании хлорофиллом сольватированных электронов под действием солнечного света, Таким образом, в процессе сенсибилизированных фотохимических превращений хлорофилла образуется целый ряд свободных радикалов и промежуточных нестабильных перекисей, которые проявляют себя как активный перекисный кислород.

Хемилюминесцентный метод анализа является наиболее чувствительным методом определения активного кислорода в водной среде. Присутствующий в воде молекулярный растворенный кислород в хемилюминесценции люминола, люцигенина и их производных соединений проявляет себя пренебрежимо слабо, Пример 1. Способ реализуют с помощью хемилюминографа, одну иэ емкостей которого заполняют раствороь хемилюминесцентного (ХЛ) вещества, а другую емкость — раствором инициатора ХЛ окисления. Емкости соединяют с ячейкой, через которую прокачивают исследуемую морскую воду. В заданный объем воды ячейки одновременно вводят XJI:àåùåñòâî и инициатор его ХЛ окисления иэ емкостей, после чего с помощью фотоприемника измеряют интенсивность хемилюминесценции, возникающей в исследуемом объеме при окислении активным кислородом, локализованным на фотосинтетически активном хлорофилле, и по интенсивности хемилюминесценции определяют концентрацию хлорофилла в воде, В качестве меры содержания хлорофилла выбрана интенсивность его фотолюми13158 несценции которую измеряют с помощью флуориметра марки "Квант" на образцах морской воды, отобранных с помощью батометров. Интенсивность хемилюминесценции, связанной с окислением активным кислородом, измеряют непосредственно в море с помощью погружного проточного хемилюминографа, В качестве ХЛ вещества применяют люминол, в качестве инициатора ХЛ 10 реакции — соли железа и меди.

Полученная зависимость между измеренными интенсивностями хеми- и фотолюминесценции представлена на фиг.1, где видно, что коэффициент 15 корреляции между значениями интенсивности фото- (Тф„ ) и хемилюминесценции (Т„„), связанных с хлорофиллом, близок к единице, Полученныи результат определяет 20 возможность применения предлагаемого способа для определения содержания фотосинтетически активного хлорофилла в природных водах.

Порог обнаружения активного перекисного кислорода, локализованного на хлорофилле, определяют на модельных растворах перекиси водорода в морской воде путем последовательного разбавления. Предел обнаружения опре-30 деляется фоточувствительностью хеми. люминографа и равен 10 г/см, что

1Ф на четыре порядка величины лучше фотолюминесцентного способа, Пример 2. По примеру 1 изме- 35 ряют вертикальные распределения содержания хлорофилла по различным горизонтам глубины моря параллельно с измерениями концентрации молекулярного кислорода методом Винклера, Ре- 40 зультаты измерений приведены на фиг.2. Интенсивности фото- и хемилюминесценции приведены в различных масштабах.

Иэ фиг.2 следует,что концентрации 45 хлорофилла, определенные ХЛ (кривая

1) и фотолюминесцентным (кривая 2) способами, коррелируют между собой хорошо и слабо коррелируют с содержанием молекулярного растворенного кислорода (кривая 3). Этот результат показывает, что в хемилюминесценции основную роль играет активный кислород, вырабатываемый на хлорофилле фотосинтетической клетки фито- 55 планктоном, а не растворенный молекулярный кислород, 77 4

Пример 3. Предлагаемым способом исследуют пространственную горизонтальную изменчивость содержания фотосинтетически активного хлорофилла в море путем буксирования измерительного хемилюминографа на глубине

10-15 м. Получают мелкомасштабную изменчивость с пятнистой структурой, являющуюся характерной для распределения фитопланктона и наблюдающуюся при измерении содержания фитопланктона дистанционными и контактными методами измерения.

Этот результат свидетельствует о достоверности и применимости предлагаемого способа, Пример 4. Предлагаемым способом по методике, аналогичной использованной в примерах 1-3, проводят измерения концентрации фотосинтетически активного хлорофилла с применением в качестве ХЛ вещества люцигенина, гидразида фталевой кислоты, гидразида нитроаминофталевой кислоты и в качестве инициаторов ХЛ реакции соединений хелеза„ меди, кобальта, никеля, марганпа, серебра и др., а также альбумина, гемоглобина, пероксидазы. Получают результаты, аналогичные представленным на фиг.1 и 2, Этот результат свидетельствует о том, что указанные вещества могут быть использованы в качестве компонентов ХЛ реакции для определения концентрации фотосинтетически активного хлорофилла. формула изобретения

Способ определения концентрации хлорофилла в природных водах, включающий возбуждение и измерение люминесценции исследуемой воды, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности определения фотосинтетически активного хлорофилла, в заданный объем воды одновременно вводят хемилюминесцентное вещество и индикатор его хемилюминесценции, после чего измеряют интенсивность хемилюминеспенции, возникающей в исследуемом объеме при окислении активным кислородом, вырабатываемым на хлорофилле фотосинтетической клетки фитопланктоном, и по интенсивности хемилюминесценции определяют концентрацию в воде хлорофилла, 1315877

Фиг. 2

Составитель Н,Зоров

Техред М.Ходанич Корректор В,Бутяга

Редактор П.Гереши

Заказ 2354/46 Тираж 7/6 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4