超弱發(fā)光輔助測量裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘 要：依據(jù)BPCL-Z超弱發(fā)光測量儀在測量葉片發(fā)光時(shí)存在的問題，設(shè)計(jì)了樣品架和光照系統(tǒng)，擴(kuò)大了可測量葉片的面積，減小了實(shí)驗(yàn)誤差和對(duì)樣品的損傷，增加了儀器可測定的參數(shù)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過對(duì)超弱發(fā)光更多參數(shù)和影響因素的研究，可以加深學(xué)生對(duì)超弱發(fā)光的機(jī)理、規(guī)律和應(yīng)用的理解。

關(guān)鍵詞：超弱發(fā)光；測量裝置；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào) Q632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）13-45-02

植物的超弱發(fā)光是發(fā)生在植物體內(nèi)與其生命活動(dòng)相耦聯(lián)的超弱光子輻射，反映了植物體內(nèi)物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化的活躍程度。因此，用超弱發(fā)光來評(píng)價(jià)植物的抗逆性具有一定的實(shí)際意義，超弱發(fā)光作為一項(xiàng)無損、連續(xù)監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)技術(shù)越來越受到人們的重視[1-9]。

1 植物葉片超弱發(fā)光測定存在的問題

在植物葉片的超弱發(fā)光測定中，主要存在以下幾個(gè)方面的問題：（1）葉片是放在測量杯中進(jìn)行測量的，受測量杯大小的限制，因此在樣品準(zhǔn)備上往往要將植物葉片進(jìn)行剪裁。（2）葉片發(fā)出的光，要受測量杯反射、吸收后才能進(jìn)入光電倍增管進(jìn)行信號(hào)處理這大大減弱了原有超弱發(fā)光的強(qiáng)度。（3）在測定延遲發(fā)光時(shí)，是將樣品室外進(jìn)行光照，然后用鑷子迅速放入樣品室，進(jìn)行測量。在放置時(shí)容易出現(xiàn)葉片光照面向上、每次放置時(shí)間因人差異，造成樣品的浪費(fèi)和結(jié)果的不可重復(fù)性。（4）延遲發(fā)光一般采用熒光燈照射，熒光燈可調(diào)節(jié)檔位較小，不能滿足不同波長光照強(qiáng)度相同的需要。

2 超弱發(fā)光輔助測量裝置的設(shè)計(jì)

針對(duì)上述植物葉片超弱發(fā)光測定中存在的問題，設(shè)計(jì)了樣品架和光照系統(tǒng)，減小了實(shí)驗(yàn)誤差，增加了實(shí)驗(yàn)的測定項(xiàng)目。

2.1 樣品架的設(shè)計(jì) 樣品架共有3層：固定層、襯托層、遮光層。固定層為環(huán)形，外直徑與濾波片槽的內(nèi)徑一樣。襯托層為圓形，和遮光板一起固定、支撐葉片。遮光層是中間鏤空的反光層，鏤空部分的面積可以根據(jù)需要進(jìn)行剪裁。遮光板和襯托層一起將葉片或者經(jīng)過剪裁的葉片進(jìn)行固定和封裝（圖1）。

設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）樣品架的內(nèi)徑為5.0cm，將可測量葉片的直徑擴(kuò)展到5.0cm，這大大增加了可測量葉片的面積；（2）葉片封裝在樣品架中，可以直接利用濾波片槽進(jìn)行測量，避免了測量杯的反射、吸收，減小了實(shí)驗(yàn)誤差；（3）葉片封裝在遮光層與襯托層之間，將葉片的剪裁部分全部遮擋，避免了葉片的剪裁和多次夾持對(duì)結(jié)果造成的影響。

2.2 光照系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 光照系統(tǒng)主要由發(fā)光二極管組成的燈盤、光筒、光強(qiáng)（電壓）調(diào)節(jié)與時(shí)間設(shè)定部分、燈盤支架4個(gè)部分組成。

2.2.1 燈盤 燈盤由發(fā)光二極管串聯(lián)排列在圓形燈板上組成（圖2）。直徑5.8cm，恰好可以對(duì)整個(gè)濾波片槽內(nèi)的范圍進(jìn)行光照。

2.2.2 光筒 光筒為內(nèi)壁貼有反光紙的圓柱形筒，筒高3cm，恰好可以將燈盤、濾波片放置在里面。筒的一端固定有弧形突起和旋進(jìn)螺絲，用于濾波片的放置和固定（圖3）。

2.2.3 光強(qiáng)（電壓）調(diào)節(jié)與時(shí)間設(shè)定部分 光強(qiáng)（電壓）調(diào)節(jié)、時(shí)間設(shè)定部分是利用單片機(jī)內(nèi)置的PWM（脈寬調(diào)制模式），通過改變該模式的高電平占空比，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變光強(qiáng)。時(shí)間設(shè)定是利用單片機(jī)內(nèi)置時(shí)鐘來設(shè)定時(shí)間，時(shí)間采用按鍵式設(shè)定，設(shè)定為1min、2min、3min、4min、5min和復(fù)位按鍵。當(dāng)距設(shè)定時(shí)間結(jié)束還有3s時(shí)，發(fā)出提示音，提醒實(shí)驗(yàn)員進(jìn)行測量（圖4）。

這樣的設(shè)計(jì)避免了熒光燈光照檔位不足和不能連續(xù)調(diào)節(jié)光強(qiáng)的不足，可以實(shí)現(xiàn)不同色光的同一強(qiáng)度照射，用來測定葉片的激發(fā)光譜和不同波長激發(fā)后的發(fā)射光譜等。

2.2.4 燈盤支架 燈盤支架由鐵架臺(tái)和平臺(tái)組成。平臺(tái)的一面是平面，一面帶有弧形。平面用于豎直照射時(shí)放置燈盤，帶有弧形的一面用于水平照射時(shí)固定燈筒（圖5）。

3 超弱發(fā)光輔助測量裝置的應(yīng)用

3.1 測定不同面積葉片的超弱發(fā)光的影響 測量時(shí)，只要將葉片控制在直徑5.0cm范圍內(nèi)，將其邊緣封入樣品架，通過剪裁遮光層的面積即可控制所測量部分葉片的面積。照射方式采用由下而上的照射方式（圖6）。

3.2 不同光照強(qiáng)度對(duì)葉片超弱發(fā)光的影響 將葉片清洗、擦干后，剪裁出合適面積的遮光板，將葉片封入樣品架，放入濾波片槽后，設(shè)定不同光照強(qiáng)度，進(jìn)行測量。光照方式，仍采用由下而上的照射方式。

3.3 延遲發(fā)光光譜的測定 延遲發(fā)光光譜是用白色光激發(fā)測量葉片發(fā)出的光強(qiáng)隨波長的變化，采用側(cè)向照射方式（圖7）。

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