浮游荧光仪测定原理

▇ 产品简介ZR-5031型浮游菌采样器校准仪采用孔口流量测量原理，是浮游菌采样器流量校准的专用设备，可对不同流量、不同接口的浮游菌采样器进行流量标定和校准，广泛适用于计量检定、洁净室检测、环境监测、劳保卫生、科研院所等部门。▇ 技术特点采用高精度压力传感器，保证了流量输出的精确性，测量精度高；校准仪对浮游菌采样器造成的负载较低，不会影响采样器的正常工作；采用孔口流量测量原理，方便溯源；实时显示实际流量和标况流量；专用接口，方便与浮游菌采样器连接；体积小、重量轻、操作简便；内置锂电池，可交直流两用；反应迅速，数据1s更新一次；高亮度液晶显示屏，读数方便；可选配蓝牙打印机，具有数据存储和导出功能。▇ 执行标准JJF 1826-2020《空气微生物采样器校准规范》JJG（冀）164-2019 《空气浮游菌采样器校准规范》GB/T 16293-2010 《医药工业洁净室（区）浮游菌的测试方法》

mini-FIRe浮游植物荧光仪在实验室和海洋中构建用于测量浮游植物生物量、生理学和光合作用的高级荧光系统1. 研究目的和内容 研究目的 该项目的目的是建造一种小型的台式仪器，称为F荧光I诱导和R驰预（mini-FIRe）系统，用于离散样品分析和连续测量浮游植物在海洋中的丰度和生理状况。与Rutgers团队发明和开发的前代FRRF和FIRe荧光仪不同，新仪器将表现出增强的灵敏度（约10倍），可实时提供更多生理参数。新仪器的极端灵敏度使得它们对于在公海的实地工作有巨大价值。 研究内容 使用可变荧光技术对浮游植物和其他光合作用生物的光合作用活性的评估 - 光合作用生物的生理状态的快速和无损评估依赖于使用快速重复率荧光学 （FRRF） 及其技术后续荧光感应和放松 （FIRE） 技术。这项技术是由Rutgers团队发明和开发的。评估光合作用生物生存能力的基本方法依赖于叶绿素"可变荧光"剖面的测量和分析，叶绿素是光合作用机构特有的特性（Falkowski等人于2005年对此进行了审查）。"可变荧光"技术依赖于叶绿素荧光与光合作用过程效率之间的关系，并提供了一套全面的荧光和光合作用参数的有机体。光学测量是灵敏的，快速的，无损的，可以实时和原位完成。 这种专利方法和已实现的仪器学原理是在同行评审文献中确立的（Falkowski and Kolber 1995 Kolber at al., 1998 Gorbunov et al., 2000, 2001 Gorbunov and Falkowski 2004）。最初是为研究水柱中的浮游植物而开发的，FRR技术提供了前所未有的信息，说明浮游植物群落的运作以及控制海洋初级生产力的环境因素的影响（e.g., Falkowski and Kolber 1995 Falkowski and Raven 2007 Behrenfeld et al., 1996 Coale et al, 2004 Falkowski et al, 2004）。使用台式和潜水式FRR和FIRe荧光仪成为美国和世界上大多数生物海洋学项目不可分割的一部分。 已开发出F荧光I诱导和R驰预（FIRe）技术 ，以测量光合作用生物的一套全面的光合作用和生理特征（Gorbunov and Falkowski 2005）。 FIRe 技术基于对由一系列激发闪光引起的荧光瞬态的记录和分析，这些闪光的强度、持续时间和间隔精确控制（图 1 和 Gorbunov and Falkowski 2005）。 该技术提供了一套全面的参数，这些参数的特点是光合作用采光过程、光系统 II （PSII） 中的光化学以及光合作用电子传输到碳固定。由于这些过程对环境因素特别敏感，FIRe 技术为识别和诊断自然（营养限制、光化学和光刺激、热应力等）和人为应激因素（如污染）提供了基础。图1。FIRe 荧光瞬时的例子。荧光产量的动力学记录为微秒时间分辨率，包括四个阶段：（第一阶段，100 ms）100 ms的强短脉冲（称为单周转闪光，STF）适用于累积饱和PSII，并测量从Fo到Fm（STF）的荧光感应：（第二阶段，500ms）弱调制光用于记录500ms时间尺度上荧光产量的放松动能：（第三阶段，50 ms）50ms 持续时间的强长脉冲（称为多周转闪光，MTF）用于饱和 PSII 和 PQ 库：（第 4 阶段，1 s） 弱调制光用于记录 PQ 库在 1s 的时间尺度内再氧化的动力学。 第 1 阶段的分析提供：最低和最大荧光产量（Fo，Fm）；PSII光化学电荷分离的量子效率Fv/Fm（STF）；PSII 的功能横截面，σPSII 和连接因子（p）。第 2 阶段为 PSII 接收方的电子传输提供时间常数（即Qa 受体侧再氧化）。第 3 阶段提供 Fm（MTF）和 Fv/Fm（MTF）。第 4 阶段揭示了 PSII 和 PSI 之间的电子传输时间常数（PQ 库的再氧化）。 可变荧光技术的生物物理背景- 在室温下，叶绿素荧光主要产生于PSII。当PSII反应中心处于开放状态（Qa氧化）时，荧光产量极小，Fo。当 Qa 还原（例如，通过暴露在强光下）时，反应中心关闭，荧光产量增加到其最高水平 Fm。为了检测Fo和Fm，FIRe技术记录了由强烈的饱和脉冲光（~100 μs，称为单周转闪光，STF）引起的荧光感应（图1第1阶段）。荧光感应率与PSII的功能吸收横截面成正比，而荧光上升的相对幅度Fv/Fm则由PSII光化学的量子效率来定义。荧光感应的形状由单个光合作用单元之间的激发量转移控制，并由"连接因子"（Kolber et al. 1998）定义。因此，在没有能量转移（p = 0）的情况下，荧光感应呈指数级，当p 增加到 ~0.5 到 0.7 的最大值时，就会变成反曲线。 PSII 受体侧电子传输的动能（即Qa再氧化）是通过 STF 之后的荧光驰预动力学分析（图 1 第 2 阶段）评估的。荧光动力学由几个部分组成，因为Qa再氧化的速度取决于第二个电子受体Q b的状态，Qb作为移动双电子受体工作：Qa- Qb → Qa Qb- (150 - 200 ms) (1)Qa- Qb- → Qa Qb= (600 - 800 ms) (2)Qa- _ → Qa- Qb → Qa Qb- (~ 2000 ms) (3) 反应 （3） 与 Qb 最初脱离 D1 蛋白结合位点时的条件相对应。此外，一小部分电子传输受损的失活反应中心可能有助于驰预动力学中最慢的组件。FIRe 软件使用 3 组件分析处理驰预动力学，以检索电子传输的时间常数（即 Q 氧化 tQa）。 PSII 和 PSI 之间的电子传输的时间常数 tPSII-PSI 是从多周转闪光（MTF，图 1 中的第 3 阶段和第 4 阶段）之后的荧光驰预动力学分析中检索到的。 在大多数生理条件下，这个时间常数是由质体醌（PQ）库再氧化的速度决定的，并且是一个数量级比tQa慢一个数量级。 测量一系列环境光强的FIRe荧光参数，可以重建光合作用电子传输的速率，Pf，作为光强的函数（光合作用与光强曲线）（Kolber and Falkowski, 1993）。Pf 与光照产物和环境光下测量的光化学量子产量成正比（DF' /Fm' ）。分析这些光合作用与光强曲线提供了光合作用最大电子传递速率（Pmax）和光饱和系数（Ek）。光合作用与辐射测量使用 FIRe 的光化光源 （ALS） 进行，该光源通过 FIRe 数据采集软件由计算机控制。 研发背景和专业知识 – Rutgers团队的成员在可变荧光技术和方法的研发方面积累了超过 20 年的经验。他们发明并开发了10多项生物物理研究的独特仪器（参见相关专利和同行评审出版物的附录参考清单），包括： ● Pump-and-Probe Fluorometer (Kolber and Falkowski, 1986) ● Pump-and-Probe LIDAR (Gorbunov et al. 1991) ● Fast Repetition Rate (FRR) Fluorometers (Kolber at al. 1993 1998) ● Single-Celled FRR Fluorometer (Gorbunov et al. 1999) ● Diver-operated FRR Fluorometer (Gorbunov et al. 2000) ● Moorable FRR Fluorometer (Gorbunov et al. 2001) ● FIRe System (Gorbunov and Falkowski 2005) ● Diving-FIRe System (Gorbunov 2012) ● Mini-FIRe System (Gorbunov 2013). 2. 仪器介绍 mini-FIRe基于与之前台式FIRe仪器相同的生物物理原理（Gorbunov and Falkowski 2005），但新仪器更紧凑3倍，灵敏度提高10倍。叶绿素浓度的下限低至 ~0.005 mg/m3，这使得mini- FIRe对于在公海进行现场采样非常有价值。 在这里，Rutgers团队提议建造一个mini-FIRe（图2）该仪器将用于离散样品分析（例如，从站点的尼斯金瓶收集的样品）和/或在海洋中持续进行取样。仪器将配备一个流经的样品室，用于连续绘制浮游植物生物量和光合作用特性。以下是mini-FIRe记录的生理参数列表和仪器技术规格mini-FIRe（图2）。该仪器将用于离散样品分析（例如，从站点的尼斯金瓶收集的样品）和/或在海洋中持续进行取样。该仪器将配备一个流经的样品室，用于连续绘制浮游植物生物量和光合作用特性。以下是mini-FIRe记录的生理参数列表和仪器技术规格。图2 mini-FIRe荧光仪，具有增强的灵敏度。测量参数：●暗适应后最小和最大荧光产量（Fo， Fm）●光适应下有效、最小和最大荧光产量（F' ， Fo' ， Fm' ） *●光系统II、PSII 中光化学最大有效量子产量（Fv/Fm 和DF' /F m））●三波长下功能性PSII吸收截面积（sPSII）●光合作用单元之间的能量转移效率（"连接因子"）●PSII 受体侧电子传递时间常数（Q a 到Qb，Qa 到 Qb-）●PSII 和 PSI 之间的光合作用电子传输时间常数●电子传递速率，ETR，作为光强的函数 *●光化学淬火系数 （qP）和非光化学淬火系数 （NPQ） *●最大光合速率、初始斜率和光合作用周转时间（从 F 与 E 曲线得到）●这些参数是使用光化光源 （ALS） 测量，并记录为光强曲线。mini-FIRe 系统的技术规格：●极端灵敏度：0.005 - 100 mg/m3叶绿素a（可通过添加中性密度减压过滤器提高采样浓度）●激发光源：蓝色（峰值波长450 nm，30 nm带宽），绿色（峰值波长530 nm，40 nm带宽），橙色（峰值波长590 nm，30 nm带宽），用于选择性激发不同功能组的浮游植物。●发射检测：680 nm（叶绿素a）和880 nm（细菌叶绿素a），其他波长可使用可更换的发射滤光片进行选择。●尺寸： 10 x 5 x 12 英寸 References related to methodology Peer-Reviewed Publications:Behrenfeld, M. J., A. J. Bale, Z. S. Kolber, J. Aiken, and P. G. Falkowski. 1996. Confirmation of iron limitation of phytoplankton photosynthesis in the equatorial Pacific Ocean. Nature 383: 508-511.K.H. Coale, K.S. Johnson, F.P. Chavez, K.O. Buesseler, R.T.. Barber, M.A. Brzezinski, W.P. Cochlan, F.J. Millero, P.G. Falkowski, J.E. Bauer, R.H. Wanninkhof, R.M. Kudela, M.A. Altabet, B.E. Hales, T. Takahashi, M.R. Landry, R.R. Bidigare, X.Wang, Z.Chase., P.G. Strutton, G.E. Friederich, M.Y. Gorbunov, V.P. Lance, A.K. Hilting, M.R. Hiscock, M.Demerest, W.T. Hiscock, K.A. Sullivan, S.J. Tanner, R. M. Gordon, C.L. Hunter, V.A. Elrod, S.E. Fitzwater, S. Tozzi, M. Koblizek, A.E. Roberts, J. Herndon, J. Brewster, N. Ladizinsky, G. Smith, D. Cooper, D. Timothy, S.L. Brown, K.E. Selph, C.C. Sheridan, B.S. Twining, and Z.I. 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世界上第一台活体浮游植物分类和生物量在线测量系统 与市场上常见的测量快速荧光，通过经验标定曲线得到浮游植物的分析和生物量不同，延迟荧光技术已成为研究热点。延迟荧光是在PS II 黑暗中的电子逆流过程中，电子和洞穴共同释放的。只有具备光合功能的细胞才能释放延迟荧光，而快速荧光技术测量的是所有能释放荧光的物质，包括死的浮游植物和腐殖质。）、硅藻（包括硅藻门、金藻门、黄藻门等）和隐藻类，增强型配置可以分到六类，从而把潜在的有害藻类蓝藻区分开来，精确地检测水华的爆发和消失。下图为2003年在欧洲Balaton湖监测到的数据。DF浮游植物延迟荧光测量单元主要特点如下：具触延迟荧光技术可有效屏蔽再悬浮、死的生物和腐殖质对测量精度的干扰，其它荧光测量技术无法实现。延迟荧光仪可精确探测藻类和水华的形成和消亡。延迟荧光技术和普通快速荧光技术的这一不同对浅水湖或河流能起到决定性的作用，特别是那些经常发生再悬浮和洪浪，从而将一定量的退化藻类或没有光合功能的藻类带入水体的区域。 功能： l 测量藻类浓度l 标准配置可识别蓝包括蓝藻、绿藻（包括绿藻、裸藻等）、硅藻（包括硅藻、金藻、黄藻等）和隐藻类 4种藻类，可扩展到6中藻类。l HAB 识别l 野外自动测量光合速率动态变化 技术指标：测量参数：4种浮游植物及生物量，可选增强型群落识别及光合速率-光曲线测量频率：每小时6-10次生物量分辨率：1-5ug CHl-al-1 (3-4个数量级)种类检测分辨率：4种藻类（可扩展到6种）精度±5％采样： 12VDC 采样泵工作模式：自动/手动用户界面：触摸屏，可以显示所有运行参数通信：USB口，可以很方便地用USB盘下载数据。也可通过英特网远程控制、数据下载乃至 硬件诊断，对Windows操作系统和苹果Mac操作系统都兼容其它：带GPS卫星定位系统，可以方便地定位，从而实现定位、定性和定量监测 2003年在欧洲Balaton湖的监测数据参考文献： Istvánovics V.， Honti M.， Osztoics A.， H. M. Shafik， Padisák J.， Y. Yacobi and W. Eckert (2005) On-line delayed fluorescence excitation spectroscopy，as a tool for continuous monitoring of phytoplankton dynamics and itsapplication in shallow Lake Balaton (Hungary). Freshwater Biology 50:1950-1970.Honti M.， Istvánovics V. and Osztoics A. (2005) Measuring and modelling in situ dynamic photosynthesis of various phytoplankton groups. Verh. Internat. Verein. Limnol. 29: 194-196.Honti M.， Istvánovics V. and Osztoics A. (2007) Stability and change of phytoplankton communities in a highly dynamic environment ? the case of large， shallow Lake Balaton (Hungary). Hydrobiologia 581: 225-240.Honti M.， Istvánovics V. and Kozma Zs. (2008) Assessing phytoplankton growth in River Tisza (Hungary). Verh. Internat. Verein. Limnol. 30 (1):87-89.Istvánovics V. and Honti M. (2008) Longitudinal variability in phytoplankton and basic environmental drivers along Tisza River， Hungary.Verh. Internat. Verein. Limnol. 30 (1): 105-108.