一种海水叶绿素传感器测量的悬浮颗粒物影响校准方法技术

本发明专利技术公开了一种海水叶绿素传感器测量的悬浮颗粒物影响校准方法，属于传感器校正领域。本发明专利技术通过藻液实验，基于悬浮物的遮蔽效应随藻液浓度的变化规律，将悬浮物的荧光效应和遮蔽效应融合到同一校准公式中，促使校准方法达到从理论分析到实际应用的转变。

【技术实现步骤摘要】
一种海水叶绿素传感器测量的悬浮颗粒物影响校准方法
本专利技术属于传感器领域，具体涉及一种海水叶绿素传感器测量的悬浮颗粒物影响校准方法。
技术介绍
叶绿素是浮游植物细胞内的主要色素，海水中叶绿素含量能直接揭示海域浮游植物数量和初级生产力水平，因此叶绿素在预测海洋赤潮暴发和估算海水富营养化程度等海洋生态环境研究方面具有重要作用。当前海水叶绿素已经被列为我国海洋调查监测的主要参数。基于活体荧光测定原理的叶绿素传感器能够原位获取水体中的叶绿素浓度，这些叶绿素传感器搭载在多参数水质仪、浮标、潜标等平台上进行长期应用，为海洋科学研究获取了大量的原位数据。然而目前叶绿素传感器测量数据的准确度仍受到诸多环境影响因素的制约，水体中悬浮颗粒物就是其中之一。特别是在某些近岸高浑浊度水体中，悬浮颗粒物的影响甚至是叶绿素传感器测量偏差的主要因素。近年来已有一些研究者开展了悬浮颗粒物对叶绿素传感器测量的影响研究，如吕鹏翼认为当水体浊度较大时，会使叶绿素测定结果偏高；刘建华则认为浊度会使叶绿素的荧光强度下降。赵洋甬认为浊度能引起水样中叶绿素测值的增加，并提出使用线性公式进行浊度影响修正。郑旻辉根据福尔马肼溶液试验提出了浊度的“荧光效应”和“遮蔽效应”两种影响方式，并分别提出了两者的校准公式。由上可见，目前对叶绿素传感器测量的悬浮颗粒物影响规律探讨大多停留在定性描述阶段，因采用的实验条件不同得出的结论存在明显差异，少数提出的校准方法也由于缺乏对悬浮颗粒物影响的机理分析而显得过于笼统，导致在区别于特定实验条件的现场环境下使用时校准效果不理想。因此建立一种能够适用于不同海洋环境下的统一校准方法，对于海水叶绿素原位测定过程中准确修正悬浮颗粒物的影响有着重要意义。参考文献吕鹏翼.荧光法测定水体中叶绿素的影响因素研究[D].河北科技大学,2014.刘建华.荧光法测定水体中叶绿素含量影响因素的研究[D].河北科技大学,2014.赵洋甬,沈碧君,胡建林,等.浊度对荧光法测定叶绿素a的影响[C]//2013中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷).2013.郑旻辉.硅藻生长过程中活体荧光变化规律及其对叶绿素测量的影响[D].中国地质大学,2016.
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有叶绿素传感器测量中悬浮颗粒物影响校准方法适用范围窄的缺点，提供一种基于悬浮颗粒物对藻类活体荧光测量影响机理而构建的悬浮颗粒物影响校准方法，使得同一个方法可以适用于不同浓度范围的悬浮颗粒物影响校准。本专利技术所采用的具体技术方案如下：海水叶绿素传感器测量的悬浮颗粒物影响校准方法，包括以下步骤：S1：将叶绿素传感器和浊度传感器置于装有清水的容器中，记录初始叶绿素传感器荧光值FluA0，逐步将经预处理的泥质海洋表层沉积物添加进容器内水体中，形成若干个悬浮颗粒物浓度梯度，在每个悬浮颗粒物浓度梯度下，记录叶绿素传感器荧光值FluAi和浊度传感器测定值TuAi；将每个FluAi值分别扣除FluA0值后，得到ΔFluAi；以ΔFluAi作为因变量，TuAi作为自变量进行直线拟合，得到拟合公式的斜率A1和截距A0；S2：将叶绿素传感器和浊度传感器置于装有藻类溶液的容器中，记录初始叶绿素传感器荧光值FluB0，逐步将经预先处理的泥质海洋表层沉积物添加进容器内水体中，形成若干个悬浮颗粒物浓度梯度，在每个悬浮颗粒物浓度梯度下，记录叶绿素传感器荧光值FluBi和浊度传感器测定值TuBi；计算不同悬浮颗粒物浓度梯度下的叶绿素传感器荧光差值变化率ΔFluBi，其中ΔFluBi＝[FluBi-FluB0-(A1×TuBi+A0)]/FluB0；以ΔFluBi作为因变量，TuBi作为自变量进行直线拟合，得到拟合公式的斜率B1和截距B0；S3：根据浊度传感器测得的水体中浊度值Tu，对叶绿素传感器测量的荧光值Flu测进行悬浮颗粒物影响校准，得到校准后的的荧光值Flu校，校准公式为：Flu校＝(Flu测–A1×Tu–A0)/(1+B1×Tu+B0)。经过研究发现，悬浮颗粒物荧光效应会使测量结果偏大，需要扣除该影响值；而悬浮颗粒物遮蔽效应会使测量结果偏小，需要加上该影响值。上述校准公式正是根据这一原理推导得到的，具体推导过程如下：a)在实际测量时，无悬浮颗粒物影响时的叶绿素传感器荧光值，即叶绿素传感器荧光校准值Flu校，即为藻液悬浮物影响实验过程中的初始叶绿素传感器荧光值FluB0；b)根据ΔFluBi的定义：ΔFluBi＝(Flu测–Flu校–ΔFluAi)/Flu校；将其进行变换可得：Flu测–Flu校–ΔFluAi＝Flu校×ΔFluBi；再次进行变换可得：Flu测–ΔFluAi＝Flu校×ΔFluBi+Flu校；再次进行变换可得：Flu校＝(Flu测–ΔFluAi)/(1+ΔFluBi)；c)将拟合公式ΔFluA＝A1×Tu+A0和拟合公式ΔFluB＝B1×Tu+B0代入上述公式，即可得到：Flu校＝(Flu测–A1×Tu–A0)/(1+B1×Tu+B0)，即上述校准公式。作为优选，S2中泥质海洋表层沉积物的预处理方法如下：采集泥质海洋表层沉积物后冷冻保存，使用前加入丙酮搅拌后静置，离心后用纯水洗涤沉淀若干次。进一步的，丙酮静置时间优选为24小时，离心后纯水洗涤沉淀次数优选为3次。悬浮颗粒物浓度梯度优选为10个。本专利技术的海水叶绿素传感器测量的悬浮颗粒物影响校准方法，将悬浮物的荧光效应和遮蔽效应进行区分，具有以下有益效果：(1)本专利技术采用的是一种贴近于海洋实际环境的悬浮物模拟物质，即经预先处理的泥质海洋表层沉积物。不同物质如福尔马肼、泥沙等在叶绿素测量中的荧光效应影响差异显著。海水中悬浮物主要成分是被能够被搅动到水体中的泥质海洋表层沉积物，其成分与经预先处理的泥质海洋表层沉积物非常类似，因此将其用于悬浮物荧光效应模拟实验能够最大限度地体现海洋实际环境。经过大量实验验证，经过处理的不同海域泥质海洋表层沉积物在叶绿素测量中的荧光效应影响基本一致，因此可用于悬浮物荧光效应影响修正。(2)本专利技术提出了适用于不同藻类浓度下悬浮颗粒物遮蔽效应影响的统一校准公式。此前已有研究提出不同藻液浓度下悬浮物的遮蔽效应不同，并提出了根据藻液浓度采用不同的校准公式。本专利技术通过大量的藻液实验，总结出悬浮物的遮蔽效应随藻液浓度的变化规律，提出了叶绿素传感器荧光差值变化率的概念，并据此将悬浮物的荧光效应和遮蔽效应融合到同一公式中，促使校准方法达到从理论分析到实际应用的转变。本专利技术提出的方法能够适用于不同荧光强度，既可适用于不同浓度的同一藻液，也可适用于不同藻种的溶液，不需要考虑藻种差异。附图说明图1为不同种类悬浮颗粒物的荧光性差异；图2为悬浮颗粒物荧光效应影响拟合公式；图3为悬浮颗粒物遮蔽效应影响拟合公式；图4为悬浮颗粒物对叶绿素荧光测量的影响校准效果。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。实施例1为了校准悬浮颗粒物对叶绿素测量的影响，用于模拟浊度的物质必须跟海洋实际环境中悬浮颗粒物接近，性状稳定，并且能够大量获取和保存的物质。以福尔马肼溶液、海水过滤悬浮颗粒物、泥质表层沉积物等多种悬浮颗粒物质进行不同浊度下的荧光测定实验。本专利技术中所采用的泥质海洋表层沉积物可使用抓斗等常规表层沉积物取样设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海水叶绿素传感器测量的悬浮颗粒物影响校准方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将叶绿素传感器和浊度传感器置于装有清水的容器中，记录初始叶绿素传感器荧光值FluA0，逐步将经预处理的泥质海洋表层沉积物添加进容器内的水体中，形成若干个悬浮颗粒物浓度梯度，在每个悬浮颗粒物浓度梯度下，记录叶绿素传感器荧光值FluAi和浊度传感器测定值TuAi；将每个FluAi值分别扣除FluA0值后，得到ΔFluAi；以ΔFluAi作为因变量，TuAi作为自变量进行直线拟合，得到拟合公式的斜率A1和截距A0；S2：将叶绿素传感器和浊度传感器置于装有藻类溶液的容器中，记录初始叶绿素传感器荧光值FluB0，逐步将经预先处理的泥质海洋表层沉积物添加进容器内的水体中，形成若干个悬浮颗粒物浓度梯度，在每个悬浮颗粒物浓度梯度下，记录叶绿素传感器荧光值FluBi和浊度传感器测定值TuBi；计算不同悬浮颗粒物浓度梯度下的叶绿素传感器荧光差值变化率ΔFluBi，其中ΔFluBi＝[FluBi‑FluB0‑(A1×TuBi+A0)]/FluB0；以ΔFluBi作为因变量，TuBi作为自变量进行直线拟合，得到拟合公式的斜率B1和截距B0；S3：根据浊度传感器测得的水体中浊度值Tu，对叶绿素传感器测量的荧光值Flu测进行悬浮颗粒物影响校准，得到校准后的的荧光值Flu校，校准公式为：Flu校＝(Flu测–A1×Tu–A0)/(1+B1×Tu+B0)。...

【技术特征摘要】
1.一种海水叶绿素传感器测量的悬浮颗粒物影响校准方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将叶绿素传感器和浊度传感器置于装有清水的容器中，记录初始叶绿素传感器荧光值FluA0，逐步将经预处理的泥质海洋表层沉积物添加进容器内的水体中，形成若干个悬浮颗粒物浓度梯度，在每个悬浮颗粒物浓度梯度下，记录叶绿素传感器荧光值FluAi和浊度传感器测定值TuAi；将每个FluAi值分别扣除FluA0值后，得到ΔFluAi；以ΔFluAi作为因变量，TuAi作为自变量进行直线拟合，得到拟合公式的斜率A1和截距A0；S2：将叶绿素传感器和浊度传感器置于装有藻类溶液的容器中，记录初始叶绿素传感器荧光值FluB0，逐步将经预先处理的泥质海洋表层沉积物添加进容器内的水体中，形成若干个悬浮颗粒物浓度梯度，在每个悬浮颗粒物浓度梯度下，记录叶绿素传感器荧光值FluBi和浊度传感器测定值TuBi；计算不同悬浮颗粒物浓度梯度下的叶绿素传感器荧光差值变化率ΔFluBi，其中Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑旻辉，杨俊毅，谢尚微，叶陈军，潘建明，
申请(专利权)人：国家海洋局第二海洋研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33