一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统，该系统包括4个发射光路和4个接收光路，八个光路通道呈圆形阵列。在进行营养盐的荧光强度探测时，每一路发射光路和每一路接收光路呈90度，可排除外部杂散光的干扰，提高测量精度，从而组成四组探测光路。同时，该光路系统具有检测海水透射光的能力，也为测量多波长海水吸光度等参数的测量提供了可能。通过这种方式在不频繁更换探头的情况下可同时探测多种海洋营养盐物质，不仅提高了实验效率，简化了实验进程，还大大提高了试验准确度和实验精度，减小了实验误差。减小了实验误差。减小了实验误差。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统


[0001]本技术涉及一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统，属于海洋水质状况监测


技术介绍

[0002]本专利技术立足于国家重点研发计划“海洋环境安全保障”重点专项。针对近几年来，我国近海海域季节性水华灾害频发，海水中藻类增殖迅速，严重污染了其他海洋生物的生存环境，造成海洋中鱼虾大量死亡，对我国海洋渔业、旅游经济、生态环境等带来不利影响。叶绿素a(Chlorophyll a,Chl a)是所有浮游植物均含有的色素，藻红蛋白(Phycoerythrin,PE)和藻蓝蛋白(phycocyanin,PC)是海洋中重要的捕光色素蛋白，他们均是衡量海洋水质营养化的重要指标，同时吸光度也是海洋观测领域的一个重要观测指标。对于海洋营养盐浓度检测来说，一般情况下海洋中的藻类分布越多时，海水中的营养盐越多，通过对水体中Chl a、PE、PC浓度的立体监测，可反映水体中浮游植物的时间、空间分布、蕴藏量及其变化规律，对水质环境状况进行评价，实现提前捕捉赤潮和水华的发生先兆，从而进行预警和处理。而对于吸光度测量的大量研究表明，海水中的各种水质参数浓度与特定波长处的吸光度存在特定的函数关系，通过该关系可以反演出水质参数的浓度，因此对海水吸光度进行分析可得出海水中水质参数的含量。把海洋营养盐浓度监测以及海水吸光度测量集成在一个仪器中实现，满足项目对于海洋环境立体观测的需求。
[0003]然而，现有的海洋营养盐检测手段多为人工取样，再将样品带到实验室中利用实验室方法检测，如分光光度法、萃取法等，这些方法需要取样、样品预处理、配制溶液等一系列繁琐的步骤，操作复杂、耗时、无法实时原位测量。利用荧光光谱法制作的测量仪器，可以实现对海洋营养盐浓度的原位测量，其原理是通过一定波长的激发光照射被测海水，海水中的对应营养盐受到激发，发射出较高波长的荧光，对应营养盐含量越多则发射出的荧光强度越强，通过检测荧光强度反应海水中对应营养盐的含量。而目前对于海水吸光度的测量方法主要有实验室测量法和现场原位测量法。实验室测量法先要经过取样步骤采集水样，在实验室中利用分光光度计对透过参比溶液和待测水样的光强进行测量，计算得到待测水样的吸光度数据，这种测量方法步骤复杂且繁琐。现场原位测量法一般以探测船、水下航行器等作为载体，通过合适的光学系统、光电检测器、主控单元设计小型化便携仪器实现吸光度原位测量。
[0004]综上所述，目前对于海洋营养盐测量仪器存在结构比较复杂，测量物质单一，以及其内部光路结构不支持测量多种荧光物质的构造而需要频繁更换探头等问题。而对于海水吸光度原为测量领域可以实现原为探测多个波长吸光度值的仪器较少，可以将海洋营养盐浓度监测以及海水吸光度测量集成在一个仪器中实现的更是罕见。因此研究可在同一仪器实现原位探测多组分海洋营养盐浓度以及多波长海水吸光度数值的传感器具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本技术提供一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统，该系统提供多个光路通道，通过一路多用的方式实现在不频繁更换探头的情况下，可分时测量海洋营养盐的荧光强度以及多个波长的海水吸光度。
[0006]本技术的技术方案为：
[0007]一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统，用于探测海水中营养盐的荧光强度或海水透射光强度，包括底座和上盖，底座的中心开设有圆柱形流通池，用于通过待测海水；
[0008]所述底座上设置有光路底座，所述光路底座上以流通池为中心呈圆形依次均匀设置四个发射光路和四个接收光路，相邻发射光路之间的夹角、相邻接收光路之间的夹角、接收光路和发射光路之间的夹角均为45
°
；
[0009]在发射光路上，由圆周到圆心依次设置有光源、第一滤光片和第一透镜，发射光路发射不同波长的激发光；
[0010]在接收光路上，由圆周到圆心依次设置有探测器、第二滤光片和第二透镜，接收光路接收海水中营养盐的荧光强度或海水的透射光强度。
[0011]光路成圆形排列的中心由流通池穿过，发射光路产生的光分别经过滤光片和透镜照射装有海水的流通池。
[0012]根据本技术优选的，四个发射光路包括按顺时针方向依次设置的第一发射光路、第二发射光路、第三发射光路、第四发射光路，
[0013]在探测海水中营养盐的荧光强度时，需要探测三种不同的营养盐物质，选取第一发射光路、第二发射光路、第三发射光路；
[0014]第一发射光路上，光源的波长为470nm，第一滤光片的中心波长为470
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；
[0015]第二发射光路上，光源的波长为540nm，第一滤光片的中心波长为540
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；
[0016]第三发射光路上，光源的波长为600nm，第一滤光片的中心波长为600
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％。
[0017]本申请中，探测海水中营养盐的荧光强度和海水的透射光强度是分时的，依据项目需求探测三种不同的营养盐物质，因此本设计在探测荧光强度时只用了其中的三对光路，因此第四发射光路处于空闲状态。
[0018]三种第一滤光片的中心波长对应叶绿素a，藻红蛋白，藻蓝蛋白的发射峰值处，发射峰值处的荧光强度最大，便于后续的荧光收集和数字量转换，相比检测发射光谱中非发射峰处波长的光强的方案可以提高整个光路的检测下限及灵敏度。
[0019]根据本技术优选的，四个接收光路包括按顺时针方向依次设置的第一接收光路、第二接收光路、第三接收光路、第四接收光路，
[0020]在探测海水中营养盐的荧光强度时，选取第三接收光路、第四接收光路和第一接收光路；
[0021]第三接收光路与第一发射光路之间的夹角为90
°
，第三接收光路用于接收第一发射光路激发光激发海水中叶绿素a产生的荧光，荧光依次经过第二透镜和第二滤光片汇聚
在光电传感器测量荧光强度；第三接收光路上，第二滤光片的中心波长为690
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；
[0022]第四接收光路与第二发射光路之间的夹角为90
°
，第四接收光路用于接收第二发射光路激发光激发海水中藻红蛋白产生的荧光，荧光依次经过第二透镜和第二滤光片汇聚在光电传感器测量荧光强度；第四接收光路上，第二滤光片的中心波长为570
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；
[0023]第一接收光路与第三发射光路之间的夹角为90
°
，第一接收光路用于接收第三发射光路激发光激发海水中藻蓝蛋白产生的荧光，荧光依次经过第二透镜和第二滤光片汇聚在光电传感器测量荧光强度；第一接收光路上，第二滤光片的中心波长为648
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％。
[0024]根据本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统，其特征在于，用于探测海水中营养盐的荧光强度或海水透射光强度，包括底座和上盖，底座的中心开设有圆柱形流通池，用于通过待测海水；所述底座上设置有光路底座，所述光路底座上以流通池为中心呈圆形依次均匀设置四个发射光路和四个接收光路，相邻发射光路之间的夹角、相邻接收光路之间的夹角、接收光路和发射光路之间的夹角均为45
°
；在发射光路上，由圆周到圆心依次设置有光源、第一滤光片和第一透镜，发射光路发射不同波长的激发光；在接收光路上，由圆周到圆心依次设置有探测器、第二滤光片和第二透镜，接收光路接收海水中营养盐的荧光强度或海水的透射光强度。2.根据权利要求1所述的一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统，其特征在于，四个发射光路包括按顺时针方向依次设置的第一发射光路、第二发射光路、第三发射光路、第四发射光路，在探测海水中营养盐的荧光强度时，需要探测三种不同的营养盐物质，选取第一发射光路、第二发射光路、第三发射光路；第一发射光路上，光源的波长为470nm，第一滤光片的中心波长为470
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第二发射光路上，光源的波长为540nm，第一滤光片的中心波长为540
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第三发射光路上，光源的波长为600nm，第一滤光片的中心波长为600
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％。3.根据权利要求2所述的一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统，其特征在于，四个接收光路包括按顺时针方向依次设置的第一接收光路、第二接收光路、第三接收光路、第四接收光路，在探测海水中营养盐的荧光强度时，选取第三接收光路、第四接收光路和第一接收光路；第三接收光路与第一发射光路之间的夹角为90
°
，第三接收光路用于接收第一发射光路激发光激发海水中叶绿素a产生的荧光，荧光依次经过第二透镜和第二滤光片汇聚在光电传感器测量荧光强度；第三接收光路上，第二滤光片的中心波长为690
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第四接收光路与第二发射光路之间的夹角为90
°
，第四接收光路用于接收第二发射光路激发光激发海水中藻红蛋白产生的荧光，荧光依次经过第二透镜和第二滤光片汇聚在光电传感器测量荧光强度；第四接收光路上，第二滤光片的中心波长为570
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；第一接收光路与第三发射光路之间的夹角为90
°
，第一接收光路用于接收第三发射光路激发光激发海水中藻蓝蛋白产生的荧光，荧光依次经过第二透镜和第二滤光片汇聚在光电传感器测量荧光强度；第一接收光路上，第二滤光片的中心波长为648
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％。4.根据权利要求1所述的一种海洋营养盐多组分监测和吸光度测量的光路系统，其特
征在于，在进行海水吸光度探测时，四个发射光路按顺时针方向分别为第一发射光路、第二发射光路、第三发射光路、第四发射光路，在第一发射光路上，光源的波长为470nm，第一滤光片的中心波长为470
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；在第二发射光路上，光源的波长为540nm，第一滤光片的中心波长为540
±
2nm，带宽10nm，透过率大于90％；在第三发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：门云飞，亓夫军，孙丽娟，郭晨阳，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：