Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
Мелкоразмерная фракция фитопланктона (пикопланктон) с размерами от 0.2 до 2 мкм длительное время вообще оставалась вне поля зрения исследователей из-за очень малых размеров. Но в последние два десятилетия установлено, что эта группа мельчайших организмов может составлять значительную часть общей биомассы фитопланктонных сообществ и может быть основным продуцентом первичного органического вещества [159-164].
Размеры клеток фитопланктона важны с оптической точки зрения, поскольку клетки разных размеров имеют существенно различные спектральные и угловые характеристики светорассеяния. Кроме того, при оценке биомассы водорослей по содержанию хлорофилла «а» необходимо учитывать, что клетки разных размеров значительно отличаются по содержанию этого пигмента на единицу их биомассы
(или его отношение к углероду клетки) и, следовательно, различно и поглощение ими света [55, 123, 165, 166].
Данные о содержании фитопланктона в различных водных объектах свидетельствуют о значительной пространственно-временной изменчивости полей его распределения. Границы временных спектров изменчивости составляют от минут до годов, пространственных по глубине водоёмов — от сантиметров до метров и по горизонтали — от сантиметров до километров [167]. Кроме того, в географическом масштабе обнаруживается глобальная закономерность: циркумконти-нентальный характер распределения фитопланктона и его продукции, приуроченный к граничным поверхностям океана [1, 82].
В каждом конкретном водоёме характер поля концентрации фитопланктона определяется физико-химическими и биолого-ценотически-ми условиями. Естественно, что изучение полей концентрации фитопланктона на больших акваториях водоёмов требует применения экспрессных контактных и дистанционных методов.
Глава 2
ОПТИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
2.1. Дифференциальный спектрофотометр ДСФГ-2
Спектрофотометр предназначен для измерения первичных гидрооптических характеристик (показателей поглощения, ослабления и рассеяния света), дифференциальных спектров поглощения и рассеяния, интегральных индикатрис рассеяния света. Прибор построен по двухканальной схеме. В нём измеряется разность двух модулированных световых потоков, проходящих через объёмы с исследуемой и эталонной средами. Прибор может быть использован не только для изучения стационарных свойств исследуемых объектов, но и для слежения за динамикой процесса непосредственно в ходе эксперимента путём измерения кинетики индуцированных внешними воздействиями изменений поглощения или рассеяния при различных длинах волн, а также соответствующих дифференциальных спектров таких изменений.
На рис. 2.1 представлена структурная, а на рис. 2.2 оптическая схемы модернизированного варианта дифференциального спектрофотометра ДСФГ-2 для гидрооптических исследований, описанного в работе [168, 169].
Рис. 2.1. Структурная схема дифференциального спектрофотометра ДСФГ-2
6 В. Н. Лопатин и др.
Рис. 2.2. Оптическая схема дифференциального спектрофотометра ДСФГ-2
В приборе использован зеркальный дифракционный монохроматор МЗД-2. Для измерения сильно рассеивающих сред в спектрофотометре установлена интегрирующая сфера. В этом случае объекты помещают в сферу, внутренняя поверхность которой покрыта диффузно отражающим веществом (MgO). Рассеянный объектом свет многократно отражается от стенок сферы и затем через специальное окно в сфере попадает на светоприемник. Использование интегрирующей сферы позволяет наиболее полно регистрировать как свет, прошедший без взаимодействия, так и весь свет, рассеянный частицами взвеси.
При определении ослабления света, наоборот, необходимо избавиться от всех рассеянных лучей и регистрировать только лучи, прошедшие без рассеяния. В этом случае на выходе из кюветы помещается собирающая линза, в главном фокусе которой расположена точечная диафрагма. С помощью такой системы регистрируются прошедшие через неё лучи, заключённые в телесном угле с раствором не более 1°. Источником излучения служит галогенная (йодная) лампа КГМ-10-90, обладающая большой яркостью. Свет от источника 1 фокусируется конденсором 2 на входную щель монохроматора 3. Конденсор служит для согласования апертур осветителя и монохроматора. Из выходной щели монохроматора через линзу 4, ограничивающую диафрагму 5, и поворотное зеркало 6 пучок света попадает на вращающийся зеркальный модулятор 7. При этом линза 4 фокусирует луч на зеркальной плоскости модулятора. Модулятор попеременно направляет пучок света в измерительный канал и канал сравнения. Частота переключения составляет 125 Гц. В измерительном канале луч, пройдя поворотные зеркала 8, 9 и диафрагму 10, линзой 11 формируется в параллельный пучок и направляется на кювету 12, а затем — в интегрирующую сферу, на выходе которой расположен фотоэлектронный умножитель 18. Поток, отражённый от модулятора, также пройдя поворотное зеркало 13, диафрагму 14, линзой 15 формируется в параллельный пучок и направляется на кювету сравнения 16, а далее — в интегрирующую сферу. Для калибровки шкал спектрофотометра предусмотрено введение в измерительный канал элементов с известной оптической плотностью
