藻细胞显微成像中微流控自动进样分段控制方法

藻细胞显微图像快速自动获取具有重要的应用价值。针对微流控-显微成像技术中样品进样效率与细胞成像质量问题,研究了基于藻细胞通过荧光检测窗口持续时间的样品平均流速检测方法,并提出基于体积流量调节的微流控自动进样分段控制方法。结果表明,进样速度在10~30μL/min范围内,样品平均流速检测误差小于5%;分段控制实现了藻细胞显微图像的高质量自动获取,与显微镜检成像质量基本一致,且样品进样速度提升68%以上。研究结果为藻细胞显微图像高效自动获取提供了有效实用方法。

浮游藻类细胞微流控-显微图像形变校正方法

流式细胞显微图像分析法是水体浮游藻类自动鉴别的重要发展方向,快速进样条件下细胞显微图像将产生形变,影响浮游藻类自动鉴别准确率。本文基于搭建的浮游藻类微流控-显微成像实验系统,通过对不同进样流速下藻类细胞显微形变和图像清晰度的分析,研究了流速对显微成像形变的影响规律。分析基于卷帘快门拍摄运动物体产生形变原理,提出了单向偏移像素的图像形变校正方法,并与藻类细胞静态条件下获取的图像进行了对比分析。实验结果表明:静态条件下,湖生卵囊藻细胞的图像长宽比及清晰度均值分别为1.16和116.53;动态进样过程中,随着流速增大细胞图像形变(长宽比)逐渐增大、清晰度降低;95μL/min进样流速下,校正前后细胞图像长宽比均值分别为1.35和1.26,形变离散程度由校正前的0.33降至0.1,与静态细胞形态接近且校正前后图像清晰度基本不变。本文研究结果为提升水体浮游藻类细胞自动鉴别准确率提供了依据。

浮游植物明场与荧光双光路同步成像方法

针对目前浮游植物种类鉴别镜检法中存在的相似形态藻细胞难以区分、同粒径杂质干扰大、藻细胞位置难以定位分割等问题,设计了一种浮游植物明场荧光显微同步成像系统。系统使用高分辨显微成像光路结构、透射式与落射式结合的照明方式和以分光光路为核心的明场荧光双光路同步成像方法,获取浮游植物显微图像下的明场形态信息和色素荧光信息。利用该系统对绿藻门、蓝藻门、硅藻门等不同门类藻种进行明场图像与荧光图像同步成像测试,实验结果表明:系统成像分辨率达1.5μm,成像周期时间为707 ms,系统采集的图片中藻细胞纹理清晰,细胞边缘明显,利用系统中的明场图像并结合荧光图像,可有效定位藻细胞位置,降低样品中杂质对藻种鉴别的影响,丰富浮游植物显微图像信息量,为基于浮游植物显微图像的相关研究提供方法参考。

BP神经网络在水华短期预测中的应用

为解决影响因素多、作用关系复杂的水华预测问题,将BP神经网与水体环境因子的高频实测数据相结合,构建了巢湖水华的短期动态预测模型,该模型准确地预测了每次水华发生的时间,预测值与实际观测值相关系数可达0.608 4;在分析BP神经网络自身局限性的基础上,研究了建模过程中输入输出数据预处理、网络结构设计、训练模式选择等问题,给出了水华预测中确定环境因子和建模方案的具体方法.该方法容易移植到其它湖库,提高了模型的实用性和通用性.

BP神经网络水华预测模型的敏感性分析

敏感性分析能够定量地评价模型输入变量的变化对输出结果产生的影响,是揭示模型蕴含规律的有效途径.本文将敏感分析方法应用于BP神经网络巢湖水华预测模型中,分析结果表明巢湖水华形成受诸多环境因子共同影响,水温、溶解氧、浊度、气温、光照强度等环境因子变化与藻类质量浓度变化相关,其中气温是最大影响因素,相对贡献率达到17.01%;气压的上升则不利用于藻类质量浓度的增加;pH值的上升对藻类质量浓度的影响有正有负.

新型藻类分类测量仪荧光检测电路的设计

基于多波段LED光源的新型藻类分类测量仪体积小、功耗小,并能够实现水体中藻类在线、快速、原位分类监测。针对该仪器的信号与噪声的特点,完成了仪器的检测电路设计。测试表明,设计的新型藻类分类测量仪对铜绿微囊藻、小球藻和汉氏棱形藻的检出限分别为0.4925μg/l、1.9351μg/l、0.8686μg/l.且藻浓度与荧光强度的线性相关系数均超过0.99,满足淡水藻类监测需要。

ADM4210热插拔控制器的原理及应用

ADM4210器件构成的热插拔保护电路,为电路提供欠压、过压、过流和短路保护,能够在不响应工作底板正常运行情况下,实现板卡的热插拔。介绍了ADM4210的主要特性、工作原理及应用电路设计。

基于荧光动力学的海洋初级生产力快速原位传感技术

海洋初级生产力(GPP)是海洋生态系统物质循环和能量流动的基础环节,是评价海洋生态环境状况的重要指标之一。传统GPP测量方法操作过程繁琐、测量周期长且时效性差。文中围绕海洋GPP快速监测需求,以叶绿素荧光作为浮游植物光合作用过程探针,研究了多波段可变光脉冲诱导荧光动力学技术,研发了海洋GPP快速原位传感器,并在北极、黄渤海和南海等海域开展了海试应用,获取了我国黄海近海、渤海湾、南海岛礁周边,以及太平洋及北冰洋部分海域表层海水的GPP空间分布情况,为海洋生态环境监测和科学研究提供了大量实时观测数据。海试结果表明,基于多波段可变光脉冲诱导荧光动力学技术能够快速准确地获取GPP,可作为海洋生态环境调查和海洋碳汇评估的先进技术手段。

三维荧光光谱法分类测量水体浮游植物浓度

测量了富营养化水体中13种浮游植物的活体三维荧光光谱和激发荧光光谱,通过光谱相似性原则将浮游植物分成3种光谱组,分析了光合色素组成与各光谱组三维荧光光谱特征的关系.选择梅尼小环藻、小球藻和铜绿微囊藻纯种培养体,配制10种不同浓度比例的浮游植物混合培养体,利用平行因子模型算法(PARAFAC)对混合培养体的三维荧光光谱进行了拟合,成功地区分了3种浮游植物组分.组分1(梅尼小环藻)、组分2(小球藻)和组分3(铜绿微囊藻)在模1上得分与其在混合样品中的实际相对浓度具有良好的线性关系,相关系数分别达到0.98222,0.97865和0.99788,证实了利用三维荧光光谱和PARAFAC模型分类测量浮游植物浓度的可行性.

菲的三维荧光光谱特性研究

多环芳烃(简称PAHs)具有高荧光量子产率,利用三维荧光光谱研究了PAHs中菲的荧光光谱特性。菲具有两个荧光峰。通过对菲的三维荧光光谱的分析,选择在激发波长255nm、发射波长370nm对菲进行定量分析。菲溶液在5.0～250.0ng.mL-1的范围内工作曲线呈线性关系,检出限为3.88ng.mL-1,相对标准偏差为4.23%(n=5),实验还尝试了对自来水样品的测定,测试效果良好,回收率为90.0%～105.4%。该研究为快速检测水源水中痕量PAHs提供了方法基础。

以巯基丙酸为稳定剂的水溶性CdTe量子点的水热合成及表征

以巯基丙酸(MPA)为稳定剂,采用水热合成方法在160℃下合成水溶性CdTe量子点。研究了不同反应时间及反应前驱体溶液的不同pH值对合成的CdTe量子点光学性质的影响。结果表明:所制得的CdTe量子点的荧光发射波长在510～661 nm范围内连续可调,并且CdTe量子点的光学性质强烈地依赖于反应前驱体溶液的pH值,最佳pH值为9。透射电子显微镜和X射线衍射分析表明所制备的CdTe量子点的形状接近于球形,粒径分布较均匀。与回流方法制备的水溶性量子点相比,高温条件下的水热合成方法简单,反应时间短,CdTe量子点生长速度快,100 min就可生长到3.5 nm,并且所制得的CdTe量子点荧光强度高,稳定性好,荧光量子产率也较高,最高可达44.6%。

不同生境条件下藻蓝蛋白活体荧光光谱特性研究

蓝藻生物量检测技术发展是应对目前频繁发生的水华事件的重要环节。藻蓝蛋白作为蓝藻的特异性蛋白,在一定程度上比叶绿素更能准确反应自然水体中的蓝藻生物量,因而成为蓝藻生物量检测技术的重要指标。本文利用三维荧光光谱技术,以不同光照、不同生长期的铜绿微囊藻、鱼腥藻活体为研究对象,比较了单点法和包络法两种光谱解析方法的可靠性,探究了不同生境条件下的藻蓝蛋白活体荧光光谱特性。结果表明:(1)荧光光谱强度随生长期延长而增大;(2)采用包络法解析藻蓝蛋白特征荧光光谱的方法比单点法更为可靠;(3)在不同生境条件下,铜绿微囊藻藻蓝蛋白活体荧光激发波长基本保持614nm、发射波长基本保持654nm不变,鱼腥藻藻蓝蛋白活体荧光激发波长随生长期在610和620nm之间波动减小,发射波长随生长期在650和660nm之间波动增大。这种波动与藻种样品颗粒度大小和光谱扫描模式有关。该研究结果为发展蓝藻生物量活体荧光监测技术发展提供了实验基础。

叶绿素荧光技术对受Cu2＋胁迫藻类暗适应时间的研究

利用叶绿素荧光技术,对受相同浓度Cu2+胁迫的蛋白核小球藻、斜生栅藻、铜绿微囊藻的最佳暗适应时间进行研究.通过对三种供试藻在光照和暗适应时间分别为30s、1min、3min、5min、10min和20min条件下的光合荧光参量进行测定,以光化学淬灭参量值为主要参考依据,结合t检验方法对暗适应时间进行显著性差异分析,结果表明:暗适应条件下三种供试藻的潜在最大量子效率值略有增加,实际量子效率值基本保持不变;蛋白核小球藻和斜生栅藻的光化学淬灭参量值和非光化学淬灭参量值随暗适应时间的延长显著增加;铜绿微囊藻光化学淬灭参量值在光照1min时达到最大,无需进行暗适应,这可能与蓝藻在暗适应时发生状态转换有关;藻类不是暗适应时间越长越好,蛋白核小球藻和斜生栅藻的最佳暗适应时间分别为5min和10min.这将为采用叶绿素荧光技术进一步研究毒物对藻类的胁迫机理提供可靠依据.

矿物油-乙醇溶液三维荧光光谱的实验研究

研究了矿物油-乙醇溶液的三维荧光光谱特性。通过空白扣除法消除了乙醇的拉曼散射对矿物油三维荧光光谱的影响,而采用将瑞利散射及其附近区域置零的方法去除了瑞利散射对矿物油三维荧光光谱的影响。经校准,矿物油的三维荧光光谱特征荧光峰表现为:煤油主要为一个宽峰,最大激发/发射荧光峰的位置在270/290nm附近;0#柴油有两个峰,最大激发/发射峰分别位于240/344nm和270/362nm附近;润滑油存在多个荧光峰,其中两个比较强的最大激发/发射峰分别位于240/348nm和258/358nm附近。此外,还研究了矿物油的荧光光谱强度与浓度的关系,并对测量的灵敏度和检测限进行了分析。研究表明,利用三维荧光光谱特征测量可以实现低浓度矿物油的测定。

苯酚三维荧光光谱特征参数影响因素的研究

用三维荧光光谱法研究了不同离子浓度,pH值对苯酚荧光光谱特征参数的影响,并探讨了腐殖酸对苯酚的荧光猝灭效应.结果表明,天然水中9种常见离子Na^+、Mg^(2+)、Ca^(2+)、K^+、NH_4^+、Cl^-、HCO_3^-、SO_4^(2-)、HPO_4^(2-)对苯酚的荧光光谱形状和荧光强度基本无影响;NO_3^-的存在会使苯酚的荧光强度发生变化,荧光强度随着NO_3浓度增大而减小.苯酚在酸性和碱性条件下的存在形式不同,致使pH值对其荧光光谱特征参数影响较大:在酸性条件下,荧光强度基本保持不变;在碱性条件下,由于羟基的电离使荧光强度很弱.腐殖酸的存在使苯酚发生荧光猝灭,采用Stem-Volmer方程修正式对实验猝灭结果进行拟合,得到的拟合结果较好,相关系数为0.9995.

三种酚类化合物的三维荧光光谱特性研究

三维荧光光谱技术通过在不同激发波长下扫描发射光谱获得荧光强度变化信息,由于其灵敏度高,选择性好,被广泛用于环境中污染物的监测。利用该方法研究3种酚类化合物的荧光光谱特性,在激发波长为240～360nm,发射波长为260～500nm范围内,确定了苯酚、间甲酚和麝香草酚的荧光峰位置分别为272/300,274/300和276/304nm。由于3种酚类物质为同系物,结构相似,因此得到的激发光谱和发射光谱在形状上极为相似。工作液浓度在0.02～1.0mg.L-1范围内,3种酚类物质的浓度与荧光强度之间均呈现较好的线性关系,且检出限达到1μg.L-1。实验结果表明,用三维荧光光谱法可对3种酚类化合物进行定性和定量分析。

综合散射法与透射法测量水浊度的研究

介绍了水浊度常用的两种测量方法散射法和透射法的原理、特点及其适用范围。结合散射法、透射法特点,提出一种适用于大范围变化浊度测量的综合式探测方法—比值法,并采用了基于比值法的天健TTS浊度计,以及自制的实验平台对福尔玛荆标准液进行测量。列出了TTS浊度计和自制实验平台的测量数据,同时推导了自制实验平台数据处理的公式,并计算出使用不同方法的浊度值。对实验结果的分析和比较表明比值法能有效提高水浊度的测量精度,扩大水浊度的量程。

基于荧光寿命法的溶解氧检测系统设计

依据荧光猝灭原理,分析了荧光寿命和水体溶解氧浓度的关系特性,研究了荧光寿命的锁相环检测技术,设计了基于ADuC841单片机和锁相环放大电路的新型荧光寿命法溶解氧检测系统。测量精度为0.01 mg/L,稳定性好,灵敏度高,响应时间小于30 s,并且不受外界杂散光和光源波动的影响,可实现水体溶解氧的原位、实时、在线监测。

四种多环芳烃的三维荧光谱解析

多环芳烃(PAHs)是普遍关注的优先监测污染物,在水环境中其含量很低,但由于其具有高荧光量子产率,可利用荧光法对其进行检测。运用三维荧光光谱法对四种多环芳烃的荧光光谱进行了解析,较二维荧光光谱能更详细地描述PAHs的性质。实验表明:菲与蒽均有三个较强的荧光区域;芘有多个荧光区域;荧蒽有两个荧光区域。菲、蒽、芘和荧蒽的最大荧光峰分别位于250/364 nm、250/402 nm、240/372 nm及286/462 nm。选择最大荧光峰值位置对四种多环芳烃做工作曲线,呈现较好的线性关系。该方法为同时检测水源中多组分痕量PAHs提供了方法基础。

基于光诱导荧光技术的浮游植物光合作用活性原位测量方法

根据浮游植物在不同光照下的荧光诱导特性,研究了叶绿素荧光作为浮游植物光合作用探针的特点,提出了原位测量活体叶绿素荧光值Ft和Fm获取浮游植物光合作用活性的方法。以淡水湖泊浮游植物中的普通小球藻、铜绿微囊藻和梅尼小环藻为实验对象,将原位测量方法得到的数据和实验室水样荧光仪的测试结果进行对比分析,结果表明:普通小球藻、梅尼小环藻和铜绿微囊藻的两组测试结果之间的相关系数分别为0.977 8,0.867 8和0.776 8,研究为进一步实现水体浮游植物光合作用活性的快速连续原位测量提供了方法。