專利名稱：生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的監(jiān)測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的監(jiān)測方法，具體是一種通過檢測植物葉片光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減速率來監(jiān)測生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的方法。本發(fā)明還涉及了實(shí)施該方法的裝置。
背景技術(shù)：
隨著世界各國環(huán)境保護(hù)法規(guī)對大氣質(zhì)量和各類污染源的監(jiān)控越來越嚴(yán)格，為了適應(yīng)這一要求，各種環(huán)境檢測手段都得到了迅速的推廣，尤其是光學(xué)檢測技術(shù)。使用光學(xué)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測儀器與目前普遍使用的點(diǎn)監(jiān)測儀相比，迅速得到推廣。目前在環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中主要是使用遠(yuǎn)程感測儀器，它是根據(jù)光譜吸收原理，在紅外、可見和近紫外光譜范圍內(nèi)進(jìn)行檢測。現(xiàn)在被廣泛使用的紅外儀表主要為非擴(kuò)散紅外儀(NDIR)。非擴(kuò)散紅外儀使用光過濾器選擇所要監(jiān)測的分子吸收輻射的光譜范圍。但是它在任意時(shí)間內(nèi)只能測量一種污染氣體，由于光譜分辨率不是很高，因此，容易受到其他氣體的干擾。并且，在一些檢測中，靈敏度不是很高。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)對于相同健康狀況的同種植物葉片(旗葉前一葉)，其光誘導(dǎo)延遲發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減速率具有一致性(衰減速率在相同溫度下測定)；具有相同光合速率的同種植物葉片的延遲發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減速率在誤差允許范圍內(nèi)幾乎相同；植物的光合速率與其所生長的環(huán)境有很直接的關(guān)系。總的來說植物當(dāng)其生長在污染較重的環(huán)境中時(shí)，葉片的光合速率比良好環(huán)境中的光合速率要低，相應(yīng)的葉片的光誘導(dǎo)延遲發(fā)光隨時(shí)間的衰減較慢；反之，葉片的光誘導(dǎo)延遲發(fā)光隨時(shí)間的衰減要快。
衰減方程為I＝I0e-(t+t0)/τ，其中I0為植物葉片光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減的初始光強(qiáng)度值，它決定于植物葉片本身的健康狀況和測量延遲發(fā)光條件葉片的暗適應(yīng)時(shí)間、激發(fā)光波長、激發(fā)光強(qiáng)度、激發(fā)時(shí)間、延遲時(shí)間、樣品測量時(shí)的溫度等因素。雖然它在測量條件固定的情況下能夠反映植物本身的健康狀況，但是由于影響測量結(jié)果的因素很多，幾乎不能準(zhǔn)確的測定它；t0為激發(fā)后開始測量前的延遲時(shí)間，t為衰減時(shí)間；τ是衰減時(shí)間常數(shù)，它反映延遲發(fā)光衰減的快慢即衰減速率。在葉片發(fā)育正常的條件和測量條件固定(暗適應(yīng)10min，激發(fā)時(shí)間4s、延遲10s，25℃)時(shí)，旗葉前一葉τ值的范圍為3～4.74，其值大于4.8時(shí)植物生長的環(huán)境對植物已有脅迫作用。其數(shù)值可以反映環(huán)境的污染程度。
經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，測量在激發(fā)植物葉片產(chǎn)生光誘導(dǎo)延遲發(fā)光延遲10s后60s內(nèi)的強(qiáng)度變化曲線，其衰減速率具有特異性，據(jù)此測量植物葉片在前60s的衰減速率，可以比較準(zhǔn)確的測量環(huán)境的污染程度。
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種通過檢測植物葉片光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減速率來監(jiān)測生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供實(shí)施該方法的裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案一種生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的監(jiān)測方法，包括如下步驟(1)將待測環(huán)境中生長植物的旗葉前一葉置于暗室，暗適應(yīng)5～10min；(2)用光強(qiáng)為2750～5500lux、波長范圍為400～760nm的可見光激發(fā)光源均勻輻照葉片0.2～20s，誘導(dǎo)葉片葉綠體產(chǎn)生較長時(shí)間的延遲發(fā)光；(3)關(guān)閉激發(fā)光源后延遲t0，利用光接收組件接收此來自葉片的延遲發(fā)光信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號；(4)將電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信并輸入計(jì)算機(jī)；(5)利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到葉片的延遲發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減；(6)在數(shù)據(jù)處理軟件中利用指數(shù)衰減擬合衰減曲線，得到葉片延遲發(fā)光衰減速率常數(shù)τ；(7)將此光誘導(dǎo)延遲發(fā)光隨時(shí)間衰減速率τ與已知速率比較，得到該環(huán)境的污染程度。
實(shí)施上述檢測方法的裝置主要包括可見光激發(fā)組件、光接收組件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)；光激發(fā)組件與計(jì)算機(jī)之間電連接、光接收組件與數(shù)模轉(zhuǎn)換器之間電連接、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)之間信號連接。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果由于環(huán)境污染物質(zhì)是從葉片上的氣孔進(jìn)入植物體內(nèi)，對植物的侵害首當(dāng)其沖的是對植物細(xì)胞的侵害，表現(xiàn)為植物葉片光合速率的下降，從而引起光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減速率τ變化，即使是很輕微的污染。其次才是人能感覺得到或者是眼睛看的見的各種傷斑。所以通過測量植物光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減速率來監(jiān)測環(huán)境的污染具有靈敏的特點(diǎn)。由于同種植物對不同污染物的敏感程度不同，因此通過測量敏感植物葉片的光誘導(dǎo)延遲發(fā)光的衰減速率，可以對多種污染進(jìn)行監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例1中的一種裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例1中花生葉片在不同pH值酸雨的作用下光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減速率曲線；圖4為實(shí)施例2中大豆葉片在不同濃度下SO2氣體的作用下光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減速率時(shí)間的變化曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1圖1給出了本發(fā)明生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。由圖1可見，本發(fā)明裝置具體包括激發(fā)組件1、樣品室2、光接收組件3、數(shù)模轉(zhuǎn)換器4、計(jì)算機(jī)5、暗室6；光激發(fā)組件與計(jì)算機(jī)之間通過電7連接、光接收組件與數(shù)模轉(zhuǎn)換器之間通過電7連接、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)之間通過信號8連接。
圖2給出了具體實(shí)例中的結(jié)構(gòu)示意圖，其中光接收組件由收集光的照相鏡頭3-1濾光片輪3-2與探測器(ICCD3-3)連接構(gòu)成；光激發(fā)組件、接收組與計(jì)算機(jī)電氣連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)依次信號連接；三維可調(diào)樣品臺(tái)2-1上放置待測葉片2-3，置于暗室6。選用各構(gòu)件連接組成本裝置，其中，激發(fā)光源選用波長范圍為可見的激發(fā)光源，此實(shí)例中選用50W鎢燈1。照相鏡頭選用適用于弱光拍攝的Nikon公司制造的大數(shù)值孔鏡頭3-1(50mm，f/1.2型)；探測器選用美國Princeton Instruments公司制造的ICCD(576-S/1)3-2；模數(shù)轉(zhuǎn)換器選用美國Princeton Instruments公司制造的ST-130型控制器；計(jì)算機(jī)選用Intel公司的Pentium III型微機(jī)；數(shù)據(jù)處理軟件在此選用WinView、ORIGIN軟件。測量時(shí)，選噴灑不同濃度模擬酸雨并作用適當(dāng)時(shí)間的花生葉片，在暗箱中暗適應(yīng)10min，用鎢燈(50W)激發(fā)4s，延遲10s(t0＝10s)，ICCD每隔5s記錄一幅，共記錄8幅。用WinView軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在ORIGIN軟件中用指數(shù)擬合數(shù)據(jù)得到衰減速率τ，將τ值與已知值比較，當(dāng)τ＝4.52時(shí)，對應(yīng)的模擬酸雨的pH值為6.7；τ＝5.21時(shí)，對應(yīng)的模擬酸雨的pH值為5.7；τ＝5.64時(shí)，對應(yīng)的模擬酸雨的pH值為4.7(附圖3)。
實(shí)施例2將上述裝置應(yīng)用于大豆葉片在不同濃度下SO2氣體的作用下光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減速率曲線。測得τ＝4.98時(shí)SO2的濃度為0.5ppm；τ＝5.2時(shí)，SO2濃度為1ppm，(附圖4)。
權(quán)利要求
1.一種生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的監(jiān)測方法，其特征在于包括如下步驟——將待測環(huán)境中生長植物的旗葉前一葉置于暗室，暗適應(yīng)5～10min；——用光強(qiáng)為2750～5500lux、波長范圍為400～760nm的可見光激發(fā)光源均勻輻照葉片0.2～20s，誘導(dǎo)葉片葉綠體產(chǎn)生較長時(shí)間的延遲發(fā)光；——關(guān)閉激發(fā)光源后延遲t0，利用光接收組件接收此來自葉片的延遲發(fā)光信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號；——將電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信并輸入計(jì)算機(jī)；——利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到葉片的延遲發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減；——在數(shù)據(jù)處理軟件中利用指數(shù)衰減擬合衰減曲線，得到葉片延遲發(fā)光衰減速率常數(shù)τ；——將此光誘導(dǎo)延遲發(fā)光隨時(shí)間衰減速率τ與已知速率比較，得到該環(huán)境的污染程度。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的監(jiān)測方法的裝置，其特征在于裝置主要包括可見光激發(fā)組件、光接收組件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)；光激發(fā)組件與計(jì)算機(jī)之間電連接、光接收組件與數(shù)模轉(zhuǎn)換器之間電連接、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)之間信號連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的監(jiān)測裝置，其特征在于所述光接收組件由收集光的照相鏡頭、濾光片輪、與探測器連接構(gòu)成；樣品室的樣品臺(tái)上放置待測葉片，置于暗室內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的監(jiān)測方法，具體是一種通過檢測植物葉片光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減速率來監(jiān)測生態(tài)環(huán)境及環(huán)境污染的方法。本發(fā)明還公開了實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，該裝置由葉綠體光誘導(dǎo)延遲發(fā)光衰減速率檢測裝置構(gòu)成，它利用植物的葉綠體光誘導(dǎo)延遲發(fā)光作為監(jiān)測手段，能克服理化監(jiān)測方法的不足，可對生態(tài)環(huán)境及多種環(huán)境污染進(jìn)行監(jiān)測。
文檔編號G01N21/63GK1570609SQ20041002701
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者邢達(dá), 王成龍 申請人:華南師范大學(xué)