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叶绿素a激光光致发光的光电检测系统及其应用研究

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英文文摘

第一章 绪论

§1.1生物光子学检测技术概述

§1.1.1 生物光子学简介

§1.1.2生物光子学的主要研究进展及其在检测方面的应用

§1.2叶绿素a含量检测技术

§1.2.1叶绿素a含量检测的研究意义

§1.2.2叶绿素a含量检测的国内外研究现状

§1.3本文的主要内容及研究成果

参考文献

第二章 叶绿素a含量检测的原理及方法

§2.1叶绿素a(Chla)的分子结构与光学特性

§2.2 Chla含量常用检测方法一——分光光度法

1.分光光度法的测量原理及特点

2.分光光度法在Chla含量检测中的应用

§2.3 Chla含量常用检测方法二——荧光分析法

1.荧光分析法的测量原理及特点

2.荧光分析法在Chla含量检测中的应用

参考文献

第三章 基于激光光致发光的叶绿素a含量检测的新方法研究

§3.1 Chla含量检测的新方法

§3.2 Chla的激光光致发光(荧光)原理

§3.3荧光激发光源的选择及其特性

§3.4荧光光纤传感技术概述

§3.5红光激光激发的Chla荧光光谱特性

1.水体中Chla的荧光发射光谱与其含量的关系

2.绿色植物叶片中Chla的荧光发射光谱与其含量的关系

参考文献

第四章 叶绿素a激光光致发光的光电检测系统研制

§4.1光电检测系统的总体构架

§4.2探头部分设计

§4.3荧光信号的接收及传输

§4.4计算机数据传输接口—USB接口

§4.5计算机软件控制系统

1.光谱显示界面

2.实时数据处理界面(荧光参数计算)

参考文献

第五章 叶绿素a激光光致发光的光电检测系统的性能测试分析

§5.1理论误差分析

§5.2激发光源的强度对荧光光谱测量的影响

§5.3光谱噪声对测量精度的影响及改进方法

§5.4其他因素的影响及改进方法

参考文献

第六章 叶绿素a含量检测的实验技术及应用研究

§6.1溶液中Chla浓度的测量

§6.2绿色植物叶片中Chla含量的测量

§6.2.1竹叶中Chla的荧光发射光谱

§6.2.2茶叶中Chla的荧光发射光谱

§6.3检测系统在观测水分胁迫效应中的应用

§6.4检测系统的性能总结

参考文献

第七章 总结与展望

§7.1课题研究工作总结

§7.2今后工作展望

硕士在读期间发表的论文

致谢

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摘要

叶绿素a是植物光合作用的催化剂。水体中,叶绿素a的含量反映了浮游植物的浓度,是环保部门监测水质状况的重要指标之一,同时还可通过海水中叶绿素a含量来估算海洋初级生产力,从而预测赤潮现象的发生。植物体中,叶绿素a含量反映绿色植物进行光合作用的活性,是监测绿色植物生长状态的重要参数。因此,对叶绿素a含量检测技术的研究就显得尤为重要。长期以来,叶绿素a含量的常用检测方法主要有分光光度法和荧光分析法两种。前者灵敏度较差,测量周期长且存在其他色素干扰测定的问题,不利于现场实时检测。现在国内多采用荧光法测量水体中的叶绿素a含量,而对植物叶片中叶绿素a含量定量检测的新方法却很少提及,一般仍采用分光光度法。本文在分析激光诱导叶绿素a荧光特性的基础上,率先采用低能耗的红光半导体激光器作为激励光源,结合光纤光谱技术以提高接受信号的能力,并提出了根据荧光发射光谱中685 nm荧光相对强度和荧光强度比F685/F735两个参数分别估测水体和植物叶片中叶绿素a的相对含量,并用最小二乘法将植物叶片中叶绿素a含量和其相对应的荧光强度比F685/F735拟合出线性回归方程,由此开拓了一种定量检测植物叶片中叶绿素a含量的新方法。本文的主要研究内容和创新之处包括: 1.在理论上,分析了叶绿素a激光光致发光和荧光光谱分析技术的原理,提出了采用685 nm相对荧光峰值强度和荧光峰值强度比F685/F735两个荧光参数分别衡量水体和植物叶片中叶绿素a的含量的思想,实验结果表明,根据这一方法进行叶绿素a浓度的快速直观判断是完全可行的,且该方法灵敏度高,精确性好,从而为实现海水或植被中叶绿素a含量的现场监测奠定了理论基础。 2.在上述理论的基础上,建立了一套新型的基于叶绿素a浓度测量的光电检测系统,并在VC平台下开发了荧光光谱显示和实时数据处理软件界面。此外,对该系统的性能作了分析,提出了相应的优化方法,分别进行了水体中和植物叶片中叶绿素a含量检测实验,实验结果表明,该检测系统具有结构简单,易操作,稳定性好等优点,具有一定的实际应用价值。 3.在应用本系统进行绿色植物叶片中叶绿素a含量的检测中,首次将荧光分析法应用于植物叶片中叶绿素a含量的定量检测方面,提出了一种定量无损测量植物叶片中叶绿素a含量的新方法,即:用标准植物叶片样品(叶绿素a含量已知)中叶绿素a含量和其相对应的荧光强度比F685/F735拟合出线性回归方程,再将未知叶绿素a含量的待测叶片所对应的荧光强度比F685/F735代入回归方程,即可计算得出叶绿素a的实际含量(μg/cm<'2>)。实验表明该方法是完全可行的,且此方法相对于传统的单一分光光度法具有灵敏度高、误差小、快速简便、检测周期短等优点,相比于现有的叶绿素仪更加适用于需要定量计算叶绿素a含量的场合。

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