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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,植物生命活動(dòng)中的三個(gè)重要過程：光合作用、呼吸作用與光呼吸作用，分別伴隨著CO,2,的吸收和釋放。三者變化總結(jié)果與相互關(guān)系可由下式表示：,CO,2,H,2,O,光合作用,CH,2,O+O,2,(光)呼吸作用,因此，CO,2,分析一直是研究這三個(gè)過程的基本測(cè)定技術(shù)。在目前所有的CO,2,分析技術(shù)（檢壓法、酸堿滴定，pH比色法，電導(dǎo)法，氣相色譜法，放射性(,14,C）及穩(wěn)定性（,13,C）同位素法，CO,2,電極法，紅外線分析法等）中，紅外線CO,2,分析法是最有效的一種手段。它具有,靈敏度高、反應(yīng)迅速，

2、抗干擾性強(qiáng)，操作方便，可以進(jìn)行活體的、連續(xù)的測(cè)定,等突出優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)測(cè)定和科學(xué)研究中。,植物生命活動(dòng)中的三個(gè)重要過程：光合作用、呼吸作用與光呼吸作用,1,20世紀(jì)50年代國(guó)外已設(shè)計(jì)制造出紅外線C0,2,氣體分析儀,我國(guó)在20世紀(jì)70年代也制造出了紅外線C0,2,氣體分析儀，并用于植物C0,2,代謝的生理活動(dòng)過程的測(cè)定。,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的滲入，紅外線C0,2,氣體分析儀的性能不斷提高，并與其它測(cè)量技術(shù)結(jié)合，開發(fā)出,便攜式、光溫氣能調(diào)控的光合作用分析系統(tǒng),，,如美國(guó)LI-COR生產(chǎn)的LI-6400、英國(guó)ADC公司生產(chǎn)的LCA-4光合作用分析系統(tǒng),。,20世紀(jì)50年

3、代國(guó)外已設(shè)計(jì)制造出紅外線C02氣體分析儀,2,這些儀器能單人提著攜帶到野外工作，能測(cè)定,光合速率、呼吸速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度,等植物的生理參數(shù)，同時(shí)還能測(cè)定環(huán)境中,光強(qiáng)、溫度、濕度,等參數(shù)，操作十分方便，用葉室夾一片葉，在操作面板上,按一下鍵,，在,數(shù)分鐘內(nèi),就能把上述參數(shù)測(cè)完并儲(chǔ)存好。,LI-6200光合作用分析系統(tǒng),LCA-4光合作用分析系統(tǒng),這些儀器能單人提著攜帶到野外工作，能測(cè)定光合速率、呼吸速率、,3,劍葉的光合速率,用LI-6400光合作用測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定。測(cè)定條件溫度為2530，基始CO,2,濃度為350ppm。,葉室,測(cè)定裝置,劍葉的光合速率 用LI-6400光合作用測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定

4、。測(cè)定條,4,第一節(jié) 紅外線氣體分析儀的工作原理與儀器結(jié)構(gòu),一、氣體對(duì)紅外的吸收,不同分子結(jié)構(gòu)的各種物質(zhì)具有對(duì)光波（電磁輻射）選擇吸收的特點(diǎn)。當(dāng)用一束具有連續(xù)波長(zhǎng)的光照射分子時(shí)，分子會(huì)選擇地吸收某波長(zhǎng)的光子而產(chǎn)生能量躍遷。由,異原子組成的氣體分子,（如CO,2,、CO、CH,3,、SO,2,、H,2,O等），,對(duì)紅外線有強(qiáng)烈的吸收,。例如CO,2,在中紅外波段區(qū)在4.3和15處有兩個(gè)強(qiáng)吸收峰。,第一節(jié) 紅外線氣體分析儀的工作原理與儀器結(jié)構(gòu)一、氣體對(duì)紅外的,5,圖1 氣體對(duì)紅外吸收示意圖,氣體對(duì)紅外輻射的吸收程度可用比耳朗伯定律來表示：,EE,0,e,-KCl,（1）,E,0,:入射光能量,E:

5、透過光能量,K:氣體吸收系數(shù),C:氣體摩爾濃度或質(zhì)量/體積濃度,l:氣體層厚度,圖1 氣體對(duì)紅外吸收示意圖,6,光束通過氣體層后被吸收的能量E則為,EE,0,-EE,0,(1-e,-KCl,)(2),(2)式表明,對(duì)于某一氣體而言,當(dāng)選定吸收波長(zhǎng)和氣體層厚度(l)之后，其紅外光吸收的能量E將與氣體的濃度C有單值對(duì)應(yīng)的指數(shù)關(guān)系。當(dāng)KCl的數(shù)值很小時(shí),E,-KCl,1-KCl,E,E,0,-EE,0,(1-e,-KCl,),E,0,1-(1-KCl),E,0,KCl(3),（3）式表明，氣體濃度較小時(shí)，紅外光吸收的能量E將與氣體濃度有對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系（圖2）。,圖2 紅外光吸收能量與氣體濃度的關(guān)系,

6、由圖2可見，,當(dāng)直接或間接測(cè)得E時(shí)，便可知?dú)怏w濃度C，這就是紅外氣體分析儀的理論基礎(chǔ)。,光束通過氣體層后被吸收的能量E則為 圖,7,一臺(tái)紅外線C0,2,氣體分析儀由三個(gè)基本部分組成：,紅外線輻射源、氣室和檢測(cè)器,(圖3)。氣室中有C0,2,存在時(shí)會(huì)減少到達(dá)檢測(cè)器的輻射，從而減少檢測(cè)器的輸出信號(hào)。,圖3 紅外線C0,2,氣體分析儀基本結(jié)構(gòu)示意圖,來自源(S)的紅外輻射通過氣室(C)，氣室有1個(gè)入口(I)和1個(gè)出口(Q)，這兩個(gè)口允許被分析氣體連續(xù)地流過，經(jīng)過氣室的紅外輻射被濾光片(F)過濾，一般只讓4.3nm波段輻射通過，然后到達(dá)檢測(cè)器(D)。檢測(cè)器的信號(hào)被整流、放大(RA)，最后由顯示器顯示。

7、,二、紅外線C0,2,氣體分析儀的結(jié)構(gòu),一臺(tái)紅外線C02氣體分析儀由三個(gè)基本部分組成：紅外線,8,1.紅外線輻射源,光源要求：,輻射的光譜成分要穩(wěn)定；,輻射的能量大部分集中在待測(cè)氣體特征吸收波段；,輻射光最好能平行于氣室中心入射；,光源壽命長(zhǎng)，熱穩(wěn)定性好，抗氧化性好，金屬蒸發(fā)物要少；,光源燈絲在加熱過程中不能釋放有害氣體。,典型的紅外線輻射源是由鎳鉻合金或鎢絲繞制成的螺旋絲，用低電壓源加熱，溫度升至600800之間發(fā)出暗紅色光，發(fā)射出0.77m的連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光。,1.紅外線輻射源光源要求：,9,2.氣室,大部分紅外線CO,2,氣體分析儀是,雙光束和雙氣室,的，即有等量的紅外線輻射通過兩個(gè)平行

8、的氣室，一個(gè)為分析氣室，另一個(gè)作為參比氣室(圖4)。,圖4 具有并列式檢測(cè)室的雙光束紅外線CO,2,氣體分析儀光路部分結(jié)構(gòu)示意圖,來自兩個(gè)輻射源S1和S2的輻射同時(shí)被切光片C斬波，以便使通過分析氣室A和參比氣室B的輻射同時(shí)到達(dá)檢測(cè)室的1和2的兩個(gè)小室，檢測(cè)室的1和2的兩個(gè)小室并列，被由電容器D的動(dòng)片分開。,2.氣室大部分紅外線CO2氣體分析儀是雙光束和雙氣室的，即有,10,分析氣室是一個(gè)通過氣室，即有連續(xù)的樣品氣流通過這個(gè)氣室，參比氣室可以是工廠封閉的內(nèi)無C0,2,的空氣的氣室，或是充入N,2,的氣室；也可以做成氣體通過室，這樣可確保儀器的使用有較大的靈活性。,分析氣室是一個(gè)通過氣室，即有連續(xù)

9、的樣品氣流通過這個(gè)氣室，參比,11,雙氣室紅外線CO,2,氣體分析儀除了能進(jìn)行絕對(duì)值測(cè)量外，還具備差分測(cè)量CO,2,濃度的功能。而用作絕對(duì)值檢測(cè)CO,2,濃度使用的紅外儀和便攜式紅外儀一般為單氣室的。,紅外線CO,2,氣體分析儀氣室要求透光性好，光窗材料選用透紅外線的氟化鈣晶片，內(nèi)壁通常鍍金，這是為了最大限度地讓光線透過氣室。氣室兩端有進(jìn)出氣口。,雙氣室紅外線CO2氣體分析儀除了能進(jìn)行絕對(duì)值測(cè)量外，還具備差,12,3.紅外線輻射能量的檢測(cè)器,紅外線輻射能量的檢測(cè)器種類較多，概括起來有兩類,薄膜微音器,又稱光聲式探測(cè)器或檢測(cè)電容器，工作原理是熱輻射使動(dòng)片兩側(cè)檢測(cè)室的氣壓變化，造成動(dòng)片與固定電極間

10、距離改變，引起電容量變化，從而達(dá)到檢測(cè)輻射的強(qiáng)度。,光導(dǎo)檢測(cè)器,一類半導(dǎo)體的物質(zhì)，如銻化銦(InSh)，因紅外輻射引起其電阻改變而被檢測(cè)。,3.紅外線輻射能量的檢測(cè)器紅外線輻射能量的檢測(cè)器種類較多，概,13,薄膜微音器是由金屬外殼、薄膜電容、光窗材料和引線等組成的氣室，其中薄膜電容的動(dòng)片(金屬薄膜)將氣室隔成兩個(gè)小檢測(cè)室。一般檢測(cè)室中均充滿與待測(cè)氣相同的氣體，例如在CO,2,氣體分析儀內(nèi)充一定濃度的CO,2,氣體。,薄膜微音器大多是雙室檢測(cè)電容器，結(jié)構(gòu)如圖4右側(cè)和圖5右側(cè)所示。它們的基本構(gòu)造是由兩個(gè)檢測(cè)室和密封在殼體內(nèi)的一個(gè)薄膜電容構(gòu)成。圖4檢測(cè)器的兩個(gè)檢測(cè)室為,并列式,的，而圖5的兩個(gè)檢測(cè)室

11、為,串連式,的。,圖,4,圖5,薄膜微音器是由金屬外殼、薄膜電容、光窗材料和引線等組成的氣室,14,在平列式檢測(cè)室結(jié)構(gòu)中，穿過參比氣室的輻射進(jìn)入一個(gè)檢測(cè)室，而穿過樣氣室的輻射則進(jìn)入另一個(gè)檢測(cè)室，兩個(gè)檢測(cè)室都吸收位于C0,2,吸收帶的那部分輻射，但所吸收的量與氣室吸收的量成反比，這樣，斬波輻射會(huì)引起檢測(cè)室中壓力的周期變化以及與此同時(shí)的膜振動(dòng)。其振幅取決于兩個(gè)檢測(cè)室之間的壓力差，而壓力差又由樣品氣室和參比氣室之間的C0,2,濃度來決定。膜振動(dòng)振幅的變化引起電容器的容量的變化。這一容量變化與電容器兩端的電壓變化成正比，經(jīng)放大后，形成輸出訊號(hào)。,在平列式檢測(cè)室結(jié)構(gòu)中，穿過參比氣室的輻射進(jìn)入一個(gè)檢測(cè)室，

12、而穿,15,光導(dǎo)檢測(cè)器是一類半導(dǎo)體的物質(zhì)如銻化銦(InSh)，因紅外輻射引起其電阻改變而被檢測(cè)。,目前絕大多數(shù)紅外線C0,2,氣體分析儀采用這一檢測(cè)原理，如國(guó)產(chǎn)的QGD07型紅外線C0,2,氣體分析儀。,(InSh),光導(dǎo)檢測(cè)器是一類半導(dǎo)體的物質(zhì)如銻化銦(InSh)，因紅外輻,16,第二節(jié) 國(guó)產(chǎn)FQ型紅外線C0,2,氣體分析儀的結(jié)構(gòu)與使用,一、結(jié)構(gòu),國(guó)內(nèi)外的紅外線CO,2,氣體分析儀種類很多，以下介紹廣東佛山分析儀器廠生產(chǎn)的FQ-W型紅外線CO,2,氣體分析儀的結(jié)構(gòu)與使用。FQ型紅外線氣體分析儀可分為分析和電子兩部分。,第二節(jié) 國(guó)產(chǎn)FQ型紅外線C02氣體分析儀的結(jié)構(gòu)與使用一、結(jié),17,圖6 紅

13、外線氣體分析儀主箱體主要結(jié)構(gòu)圖,1.薄膜微音器 2.左檢測(cè)室 3.右檢測(cè)室 4.校正裝置 5.校正桿 6.前置放大器 7.調(diào)零裝置 8.調(diào)零旋鈕 9.參比氣室 10.濾波室 11.工作氣室 12.切光片 13.光源 14.參比電機(jī) 15.同步電機(jī) 16.光對(duì)稱旋鈕 17.相位旋鈕,分析部分裝在主箱體內(nèi)（圖6）,圖6 紅外線氣體分析儀主箱體主要結(jié)構(gòu)圖分析部分裝在主箱體內(nèi)（,18,由光源1發(fā)出的紅外光經(jīng)平面反射鏡2、斜面反射鏡3和4反射后分成兩束能量相等的平行光束，分別通過參比氣室6和工作氣室7而到達(dá)檢測(cè)器8的兩個(gè)對(duì)稱的接收室。參比氣室中充入不吸收紅外光的氣體（如N,2,）。而工作氣室中不斷通過待

14、測(cè)氣樣，氣樣中的被測(cè)成份吸收了對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的一部份紅外光，這樣到達(dá)檢測(cè)電容器的兩接收室的紅外光能量就不相等了，其差值就是E。檢測(cè)電容器8是由兩個(gè)檢測(cè)室和密封在殼體內(nèi)的一個(gè)薄膜電容器構(gòu)成。薄膜電容器的一個(gè)電極是個(gè)圓形金屬塊，它與殼體高度絕緣，由絕緣子引出導(dǎo)線；另一個(gè)電極是一片金屬薄膜它與殼體相連，并把兩個(gè)檢測(cè)室隔開。檢測(cè)電容器內(nèi)充被測(cè)氣體，并加以嚴(yán)格密封。,圖7 儀器的測(cè)量原理,1.光源 2.平面反光鏡 3、4.斜面反光鏡 5.切光片 6.參比氣室 7.工作氣室 8.薄膜微音器,比氣室,N,2,工作氣室,待測(cè)氣樣,由光源1發(fā)出的紅外光經(jīng)平面反射鏡2、斜面反射鏡3和4反射后分,19,經(jīng)過參比氣室進(jìn)入左

15、檢測(cè)室的紅外光能量為E,0,，經(jīng)過工作室進(jìn)入右檢測(cè)室的紅外光能量為E，左右兩個(gè)檢測(cè)室內(nèi)的氣體分別吸收紅外光E,0,和E，受熱膨脹，由于E,0,大于E，故左檢測(cè)室的溫度稍高于右檢測(cè)室的溫度。按氣體方程PVRT，左檢測(cè)室的壓力將稍高于右檢測(cè)室的壓力（其差為P），這樣薄膜將被迫凸起，薄膜電容器的容量變?。ㄆ洳顬镃）。這是檢測(cè)電容器接收紅外光的初始瞬間過程。如果紅外光保持起始狀態(tài)不變，由于聯(lián)通左右檢測(cè)室的平衡小孔的漏泄，壓力差就會(huì)緩慢消失，薄膜就回到原來位置，并保持靜止，再也沒有訊號(hào)產(chǎn)生了。切光片5將使這一過程發(fā)生根本性的變化。,圖7 儀器的測(cè)量原理,1.光源 2.平面反光鏡 3、4.斜面反光鏡 5.

16、切光片 6.參比氣室 7.工作氣室 8.薄膜微音器,經(jīng)過參比氣室進(jìn)入左檢測(cè)室的紅外光能量為E0，經(jīng)過工作室進(jìn)入右,20,切光片5是一塊90度角的雙扇形黑色薄板，它以每秒3.24周的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，在每一周期中，它對(duì)光源的兩束光同時(shí)地打開兩次，切斷（遮住）兩次。當(dāng)打開時(shí)，紅外光射入檢測(cè)室，薄膜向右凸起；當(dāng)切斷時(shí)，薄膜回復(fù)原位。這樣薄膜產(chǎn)生了每秒6.48周的周期性振動(dòng)，也就是薄膜電容器的容量產(chǎn)生了每秒6.48周的周期性變化。,圖7 儀器的測(cè)量原理,1.光源 2.平面反光鏡 3、4.斜面反光鏡 5.切光片 6.參比氣室 7.工作氣室 8.薄膜微音器,切光片5是一塊90度角的雙扇形黑色薄板，它以每秒3.24周的,21,將薄膜電容器聯(lián)接在如圖8的電路中，并置以恒電壓V，當(dāng)電容量變小時(shí)，電容通過的電阻R放電；當(dāng)電容量復(fù)原時(shí)，U通過R對(duì)電容充電，由此，在R上就得到一個(gè)頻率為6.48周/秒的交變電訊號(hào)。由于C來源于P，P來源于E，E來源于工作氣室中被測(cè)氣體的不同濃度，故R上的交變電訊號(hào)大小就直接反映了被測(cè)氣體的濃度。從R上得到的交變電訊號(hào)是很微弱的，一般在零點(diǎn)幾毫伏至幾毫伏之間，必須用電子放大器加以放大，并