Разработка методов лазерной спектроскопии для задач мониторинга морской воды и фитопланктона

• Автор: Голик, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Глава 1. Лазерная искровая спектроскопия и лазерно-индуцированная флуоресценция для элементного анализа морской воды и состояния клеток фитопланктона.
1.1. Лазерная искровая спектроскопия (ЛИС) конденсированных сред
1.2. Минимально обнаружимые концентрации элементов при использовании метода ЛИС и методы повышения контраста эмиссионных линий

1.3. Лазерная индуцированная флуоресценция (ЛИФ) морской воды и фитопланктона
1.4. ЛИФ для оценки состояния клеток фитопланктона
ГЛАВА 2 Экспериментальное оборудование для лазерной искровой спектроскопии и лазерно-индуцированной флуоресценции.
2.1. Техническое обеспечение метода лазерной искровой спектроскопии морской воды и фитопланктона
2.2. Экспериментальные комплексы для метода лазерной индуцированной флуоресценции
ГЛАВА 3. Лазерная искровая спектроскопия морской воды и фитопланктона.
3.1. Определение аналитических характеристик метода лазерной искровой спектроскопии
3.2. Чувствительность метода ЛИС при элементном анализе

3.3. Мониторинг элементного состава морской воды и фитопланктона методом ЛИС
ГЛАВА 4. Методы лазерной спектроскопии в задачах мониторинга
фитопланктонных сообществ.
4.1. Выделение основных и дополнительных пигментов по ЛИФ спектрам фитопланктона
4.2. Характеристики спектров флуоресценции растворенного в морской воде органического вещества
4.3. Комплексное использование методов ЛИФ и ЛИС для мониторинга состояния фитопланктонных сообществ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Разработка новых оперативных методов зондирования окружающей среды приобретает все более важное значение, в связи с теми изменениями, которые происходят в биосфере. Особое значение придается мониторингу фитопланктонных сообществ, которые являются основными продуцентами органического вещества в океане, тем самым, определяя биопродуктивность морских экосистем, а так же участвуют в обеспечение баланса газовых компонент атмосферы.
В диагностике водных сред и состояния биологических объектов все большее внимание уделяется оптическим методам, среди которых метод лазерно-индуцированной флуориметрии (ЛИФ) является одним из наиболее эффективных. Эффективность данного метода определяется высокой чувствительностью, экспрессностью и возможностью проведения дистанционных измерений. Исследование спектров лазерно-индуцированной флуоресценции, например, позволяет оценивать состояние фотосинтезирующих клеток фитопланктона по соотношению интенсивностей линий флуоресценции от различных пигментов, входящих в состав клеток, а по динамическим параметрам спектров флуоресценции хлорофилла - а возможно определение величин скоростей электронного транспорта при фотосинтезе [1, 2]. Метод ЛИФ спектроскопии позволяет получать большие массивы непрерывных измерений концентрации хлорофилла - а и флуоресцирующей части органического вещества в поверхностном слое океана, что в совокупности с гидрофизическими, гидрохимическими параметрами дает возможность исследовать влияние процессов различной природы на развитие планктонных сообществ [3, 4].
ЛИФ спектры содержат информацию, как о живых клетках фитопланктона, так и об органическом веществе, которое воспроизводится фитопланктонным сообществом и присутствует в морской воде в растворенном и взвешенном состоянии. Это дает возможность использовать
Для обеспечения линейного отклика сигнала флуоресценции на лазерное возбуждение [99], энергия лазерного излучения ослаблялась светофильтрами типа НС 9. Область взаимодействия лазерного излучения с веществом линзой (4) с фокусным расстоянием 7,5 см, расположенной на двойном фокусном расстоянии как от плазмы так и от входной щели полихроматора, проецировалась на входную щель спектрального комплекса ’’Flame Vision Pro System” (6), (7). Для подавления излучения на длинах волн менее А,=540 нм использовались светофильтры типа ОС-12 (5). Запуск оптического многоканального анализатора осуществлялся от синхроимпульса электрооптического затвора лазера с нулевой задержкой. Время экспозиции составляло 80 не.
Судовой проточный лазерный флуориметр. Лазерный флуориметр предназначен для измерения концентрации хлорофилла а и дополнительных пигментов по спектрам флуоресценции морской воды. Он выполнен таким образом, чтобы обеспечить возможность измерения по ходу судна. Схема флуориметра представлена на рис. 10.
Спектры флуоресценции возбуждались второй гармоникой Nd:YAG лазера на длине волны 532 нм, энергия лазерного излучения в импульсе не превышала 10 мДж. Частота посылок лазерных импульсов варьировалась в диапазоне от 1 до 10 Hz. Спектральная регистрирующая аппаратура позволяла измерять интенсивность сигнала флуоресценции в диапазоне от 545 нм до 740 нм с разрешением не хуже 4 нм. Диаметр лазерного пучка увеличивался телескопом (12) до 3 см. Плотность мощности лазерного излучения в кювете составляла порядка 70 кВт/см2, что обеспечивало линейный отклик сигнала флуоресценции на лазерное возбуждение. При выполнении этого условия возможно проведение измерения концентрации хлорофилла - а по измерению интенсивности линии флуоресценции на длине волны 675 нм, с использованием метода внутреннего репера [106].