超弱發光輔助測量裝置的設計與應用

摘 要：依據BPCL-Z超弱發光測量儀在測量葉片發光時存在的問題，設計了樣品架和光照系統，擴大了可測量葉片的面積，減小了實驗誤差和對樣品的損傷，增加了儀器可測定的參數和實驗項目。通過對超弱發光更多參數和影響因素的研究，可以加深學生對超弱發光的機理、規律和應用的理解。

關鍵詞：超弱發光；測量裝置；設計；應用

中圖分類號 Q632 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）13-45-02

植物的超弱發光是發生在植物體內與其生命活動相耦聯的超弱光子輻射，反映了植物體內物質代謝和能量轉化的活躍程度。因此，用超弱發光來評價植物的抗逆性具有一定的實際意義，超弱發光作為一項無損、連續監測的實驗技術越來越受到人們的重視[1-9]。

1 植物葉片超弱發光測定存在的問題

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

2 超弱發光輔助測量裝置的設計

針對上述植物葉片超弱發光測定中存在的問題，設計了樣品架和光照系統，減小了實驗誤差，增加了實驗的測定項目。

2.1 樣品架的設計 樣品架共有3層：固定層、襯托層、遮光層。固定層為環形，外直徑與濾波片槽的內徑一樣。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需要進行剪裁。遮光板和襯托層一起將葉片或者經過剪裁的葉片進行固定和封裝（圖1）。

設計的優點是：（1）樣品架的內徑為5.0cm，將可測量葉片的直徑擴展到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行測量，避免了測量杯的反射、吸收，減小了實驗誤差；（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結果造成的影響。

2.2 光照系統的設計 光照系統主要由發光二極管組成的燈盤、光筒、光強（電壓）調節與時間設定部分、燈盤支架4個部分組成。

2.2.1 燈盤 燈盤由發光二極管串聯排列在圓形燈板上組成（圖2）。直徑5.8cm，恰好可以對整個濾波片槽內的范圍進行光照。

2.2.2 光筒 光筒為內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螺絲，用于濾波片的放置和固定（圖3）。

2.2.3 光強（電壓）調節與時間設定部分 光強（電壓）調節、時間設定部分是利用單片機內置的PWM（脈寬調制模式），通過改變該模式的高電平占空比，進行電壓調節，進而改變光強。時間設定是利用單片機內置時鐘來設定時間，時間采用按鍵式設定，設定為1min、2min、3min、4min、5min和復位按鍵。當距設定時間結束還有3s時，發出提示音，提醒實驗員進行測量（圖4）。

這樣的設計避免了熒光燈光照檔位不足和不能連續調節光強的不足，可以實現不同色光的同一強度照射，用來測定葉片的激發光譜和不同波長激發后的發射光譜等。

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

3 超弱發光輔助測量裝置的應用

3.1 測定不同面積葉片的超弱發光的影響 測量時，只要將葉片控制在直徑5.0cm范圍內，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 不同光照強度對葉片超弱發光的影響 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，設定不同光照強度，進行測量。光照方式，仍采用由下而上的照射方式。

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

參考文獻

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