紅外線CO氣體分析儀器結構、原理、使用

1、紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 CO2氣體分析儀器的結構、氣體分析儀器的結構、 原理、使用及在植物生理研原理、使用及在植物生理研 究中的應用究中的應用 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 一、引言一、引言 n植物在生命活動過程中，常伴有植物在生命活動過程中，常伴有CO2的釋的釋 放與吸收。放與吸收。CO2量的變化能標志植物生理量的變化能標志植物生理 生化活性的強弱。生化活性的強弱。 n 光光 CO2+H2O (CH2O)+O2 光合細胞光合細胞 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 1.1.光合作用測定方法光合作用測定方法 n改良半葉法改良半葉法 nPH比色法比色法 n氧電

2、極法氧電極法 n紅外線紅外線CO2氣體分析儀法氣體分析儀法 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 2. 紅外線紅外線CO2氣體分析儀法的優(yōu)點氣體分析儀法的優(yōu)點 n迅速而準確迅速而準確 n簡單而方便簡單而方便 n整體而連續(xù)整體而連續(xù) n智能化智能化 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 二、儀器的基本組成二、儀器的基本組成 n主要由光源、氣室和檢測器組成主要由光源、氣室和檢測器組成 CO2 1 2 紅紅 外外 光光 源源 氣氣 室室 檢檢 測測 器器 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 三、儀器的工作原理三、儀器的工作原理 n紅外線（紅外線（infrared）是波長在）是波長在0.

3、75 400 m范圍內的電磁波。紅外線按其波范圍內的電磁波。紅外線按其波 長長度劃分：長長度劃分：25400 m為遠紅外線；為遠紅外線； 2.525 m為中紅外線；為中紅外線；0.752.5 m為近紅外線。為近紅外線。 n不同氣體對紅外線的吸收不同。由同種不同氣體對紅外線的吸收不同。由同種 原子組成的氣體分子如原子組成的氣體分子如N2、H2、O2等均等均 不吸收紅外線。只有由異種原子組成的不吸收紅外線。只有由異種原子組成的 氣體分子如氣體分子如CO、CO2、CH4、H2O等可等可 以吸收紅外線。以吸收紅外線。 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 三、儀器的工作原理三、儀器的工作原理 nC

4、O2氣體能吸收紅外線四個區(qū)段的能量，氣體能吸收紅外線四個區(qū)段的能量， 吸收峰的波長分別在：吸收峰的波長分別在：2.66 m、2.77 m、4.26 m、14.99 m，其吸收率分，其吸收率分 別為別為0.54、0.31、23.2、3.1。 峰值為峰值為4.26 m的吸收率最高，在的吸收率最高，在CO2濃濃 度較低時，在特性波長（度較低時，在特性波長（4.26 m）下，）下， 被被CO2氣體吸收的紅外線輻射能量與氣體吸收的紅外線輻射能量與CO2氣氣 體的濃度呈線性關系。體的濃度呈線性關系。 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 三、儀器的工作原理三、儀器的工作原理 n 紅外線經(jīng)過紅外線經(jīng)過C

5、O2氣體分子時，其輻射能量減氣體分子時，其輻射能量減 少，被吸收的紅外線輻射能量的多少與該氣少，被吸收的紅外線輻射能量的多少與該氣 體的吸收系數(shù)（體的吸收系數(shù)（K）、氣體濃度（）、氣體濃度（C）和氣）和氣 體層的厚度（體層的厚度（L）有關，并符合朗伯）有關，并符合朗伯比爾比爾 定律，可以用下式表示：定律，可以用下式表示： nE=E0eKCL n式中：式中：E0入射紅外線的輻射能量；入射紅外線的輻射能量； E透過的紅外線的輻射能量。透過的紅外線的輻射能量。 四、四、 IRGA檢測原理檢測原理 CO2濃度濃度紅外線輻射能量紅外線輻射能量電容變化電容變化 當在半導體外加一個穩(wěn)定電流時，由于受當在半導

6、體外加一個穩(wěn)定電流時，由于受 電阻變化的影響，輸出的信號電壓值也隨電阻變化的影響，輸出的信號電壓值也隨 CO2濃度而變化。濃度而變化。 檢測器是光電導型銻化銦半導體元件。檢測器是光電導型銻化銦半導體元件。 參比氣室參比氣室 紅外線輻射能量不變紅外線輻射能量不變 分析氣室分析氣室 紅外線輻射能量減少紅外線輻射能量減少半導體半導體 的電阻下降的電阻下降 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 參比室參比室 300 分析室分析室 330 1 2 30 顯示器顯示器 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 四、儀器的標定四、儀器的標定 n絕對值標定法絕對值標定法 n差分值標定法差分值標定法 紅外線

7、CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 絕對值標定法絕對值標定法 參比室參比室 0 分析室分析室 0 1 2 0 顯示器顯示器 n調零調零 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 絕對值標定法絕對值標定法 參比室參比室 0 分析室分析室 330 1 2 330 顯示器顯示器 n調滿刻度調滿刻度 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 差分值標定法差分值標定法 參比室參比室 300 分析室分析室 300 1 2 0 顯示器顯示器 n調零調零 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 差分值標定法差分值標定法 參比室參比室 300 分析室分析室 330 1 2 30 顯示器顯示器 n調滿刻度調滿刻

8、度 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 五、五、IRGA法測定光合速率法測定光合速率 的氣路系統(tǒng)的氣路系統(tǒng) n開放式氣路系統(tǒng)開放式氣路系統(tǒng) n密閉式氣路系統(tǒng)密閉式氣路系統(tǒng) 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 1.1.開放式氣路系統(tǒng)開放式氣路系統(tǒng) n該系統(tǒng)用雙氣室該系統(tǒng)用雙氣室IRGA，以氣泵為動力，以氣泵為動力， 將流經(jīng)同化室前的空氣（參比氣體）泵將流經(jīng)同化室前的空氣（參比氣體）泵 入?yún)⒈葰馐?，流?jīng)同化室后的空氣（樣入?yún)⒈葰馐遥鹘?jīng)同化室后的空氣（樣 本氣體）泵入分析氣室，最后將氣體排本氣體）泵入分析氣室，最后將氣體排 出，由儀器測出參比氣體和樣本氣體的出，由儀器測出參比氣體和樣本

9、氣體的 CO2濃度差，根據(jù)氣體流量、同化室中濃度差，根據(jù)氣體流量、同化室中 葉片的面積，求出葉片的光合速率。葉片的面積，求出葉片的光合速率。 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 開放式氣路系統(tǒng)開放式氣路系統(tǒng) P. 氣泵氣泵 F. 流量計流量計 C. 同化室同化室 D. 干燥器干燥器 A. 紅外線紅外線CO2分析儀分析儀 P P FD D C F A 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 光合速率計算光合速率計算 式中：式中：Pn光合速率，光合速率，mol CO2(m2s)。 CCO2濃度落差濃度落差C1C2，mol/mol。 S葉片面積，葉片面積，m2。 F氣體流量，氣體流量，L/s

10、。 t同化室的溫度，同化室的溫度， P為氣壓，為氣壓，MPa。 01325. 115.273 15.273 4 .22 P tS FC Pn 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 2.2.密閉式氣路系統(tǒng)密閉式氣路系統(tǒng) n被測植物或葉片密閉在同化室中，不與被測植物或葉片密閉在同化室中，不與 同化室外發(fā)生任何的氣體交換，同化室同化室外發(fā)生任何的氣體交換，同化室 內的內的CO2濃度因光合作用而下降，可用濃度因光合作用而下降，可用 IRGA測定同化室內測定同化室內CO2濃度的下降值，濃度的下降值， 計算光合速率。計算光合速率。 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 密閉式氣路系統(tǒng)密閉式氣路系統(tǒng)

11、 P. 氣泵氣泵 C. 同化室同化室 D. 干燥器干燥器 A. 紅外線紅外線CO2分析儀分析儀 C AP D 光光 330 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 光合速率計算光合速率計算 式中：式中：Pn光合速率，光合速率，mol CO2(m2s)。 CCO2濃度落差濃度落差C1C2，mol/mol。 t測定時間，測定時間，s。 S葉片面積，葉片面積，m2。 V同化室（包括氣路系統(tǒng)）體積，同化室（包括氣路系統(tǒng)）體積，L。 t同化室的溫度，同化室的溫度，。 P為氣壓，為氣壓，MPa。 01325.115.273 15.273 4 .22 P tSt VC Pn 紅外線CO氣體分析儀器結構、原

12、 理、使用 六、在植物生理研究中的應用六、在植物生理研究中的應用 n測定光合速率測定光合速率 n測定呼吸速率測定呼吸速率 n作光作光光合作用曲線：光補償點，光飽和點，表觀光合作用曲線：光補償點，光飽和點，表觀 量子產(chǎn)額，量子效率量子產(chǎn)額，量子效率 n作作CO2光合作用曲線：光合作用曲線：CO2補償點，補償點，CO2飽和點飽和點 n作溫度作溫度光合作用曲線：光合作用最低溫度，最適光合作用曲線：光合作用最低溫度，最適 溫度，最高溫度溫度，最高溫度 n測定光呼吸速率：零氣法；外推法測定光呼吸速率：零氣法；外推法 n測定蒸騰速率；氣孔導度等測定蒸騰速率；氣孔導度等 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、

13、使用 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 LI-6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)便攜式光合作用測定系統(tǒng) 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 一、儀器 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 二、儀器的優(yōu)點 n1、葉室環(huán)境可以調控。如可以測在不同溫度、 光強、CO2濃度下的光合作用。 n2、測定參數(shù)多。 n3、數(shù)據(jù)可存儲，可與計算機連接。 n4、反應靈敏。 n5、固定葉面積，儀器自動計算各參數(shù)結果。 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 三、可測定的主要參數(shù)三、可測定的主要參數(shù) nPhotosynthetic rate (mol CO 2 m -2 s -1 ) nConduct

14、ance to H 2 O (mol H 2 O m -2 s -1 ) nReference cell CO 2 (mol CO 2 mol -1 ) nSample cell CO 2 (mol CO 2 mol -1 ) nIntercellular CO 2 concentration (mol CO 2 mol -1 ) nTranspiration rate (mmol H 2 O m -2 s -1 ) 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 Reference cell H 2 O (mmol H 2 O mol -1 ) Sample cell H 2 O (mmol H

15、2 O mol -1 ) Relative humidity in the sample cell (%) Flow rate to the sample cell (mol s -1 ) T leaf Temperature of leaf thermocouple (C) External quantum sensor (mol m -2 s -1 ) 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 四、儀器原理四、儀器原理 1、開放式氣路連接系統(tǒng)、開放式氣路連接系統(tǒng) (1)LI-6400領先于傳統(tǒng)開放系統(tǒng)的地方領先于傳統(tǒng)開放系統(tǒng)的地方 在于它將氣體分析器安裝于傳感器頭上。在于它將氣體分析器安裝

16、于傳感器頭上。 這樣節(jié)省了氣流到達傳感器的時間，并且，這樣節(jié)省了氣流到達傳感器的時間，并且， 嚴格準確地反映出葉子的變化。嚴格準確地反映出葉子的變化。 (2)開放系統(tǒng)的另一特點是可以通過各種開放系統(tǒng)的另一特點是可以通過各種 方式改變入室氣體的條件，如：濕度、方式改變入室氣體的條件，如：濕度、 CO2濃度、溫度等等。濃度、溫度等等。 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 傳感頭與氣體分析儀和葉室集于一體傳感頭與氣體分析儀和葉室集于一體 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 具體的氣體連接示意圖具體的氣體連接示意圖 紅外線CO氣體分析儀器結構、原

17、理、使用 2、儀器通過公式自動計算各參 數(shù)的值 (1)自動記錄結果 (2)葉面積固定=6cm2 (3)如葉面積不足6，可改變 葉面積的輸入。 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 五、簡單介紹主要操作流程 n1、儀器連接 數(shù)據(jù)線和氣路與主機連接 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 數(shù)據(jù)線和氣路與感應頭葉室的連接 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 連接好以后應該是這樣 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 2、開機 電電 源源 開開 關關 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 3、程序自動啟動 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 4、啟動后的主菜單 新的測定 功能

18、鍵功能鍵 分別對分別對 應上面應上面 的小黑的小黑 框中的框中的 英文英文 鍵盤與鍵盤與 計算機計算機 相似相似 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 主 界 面 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 5、校正儀器 (1)流量校準 (2)零點校準 (3)紅藍光源校準 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 校準時H2O 和CO2的控制旋扭要放到Bypass 位置 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 6、數(shù)據(jù)測量 F4是最常用的， 測量按F4 紅外線CO氣體分析儀器結構、原 理、使用 測定時H2O 和CO2的控制旋扭要放到Bypass 位置 紅外線CO氣體分析儀器