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??? 水生生物呼吸測量系統(tǒng)

?????? 用指示生物的生理生態(tài)性狀反映湖泊、沼澤和水環(huán)境修復(fù)過程的水質(zhì)狀況已越來越多的被廣泛使用。其中，水生生物的呼吸代謝是最直接、最常用的指示參數(shù)。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于海洋淡水魚類等水生生物生態(tài)學(xué)、水體環(huán)境毒理學(xué)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、魚類行為生理生態(tài)、水生動物發(fā)育生態(tài)、浮游生物、藻類及水族箱等研究。

??? 水生生物呼吸測量系統(tǒng)主要用于魚類、水生無脊椎動物、魚卵及其胚胎、浮游生物的耗氧量（或藻類的釋氧量）測量，同時還可以配置CO2分析儀和PH計等以測量CO2排放、PH值乃至電導(dǎo)率等，與攝像頭和行為分析軟件配合進(jìn)行軌跡定位記錄等。

右圖為幼體虹鱒魚的呼吸代謝測量，可以看出，在開始由于處理魚時造成的應(yīng)急反應(yīng)，耗氧量很高，隨后即達(dá)到一個較低的平穩(wěn)水平——相當(dāng)于其基礎(chǔ)代謝率。從圖中還可以看出，本系統(tǒng)有很高的時間解析度，可以反應(yīng)突然的耗氧量變化。

1、 系統(tǒng)測量過程

水生生物呼吸測量系統(tǒng)采用“間歇式”，集合了“開放式”和“封閉式”兩種測量模式的優(yōu)點。

呼吸室放置在水浴槽（周邊水體）內(nèi)，循環(huán)泵可以確保呼吸室內(nèi)水體的均一并保證有足量的水流經(jīng)傳感器，而水體交換泵可以使周邊水槽內(nèi)水體與呼吸室內(nèi)水體進(jìn)行交換。

整個過程分3個步驟：測量、水體交換、等待。測量時循環(huán)泵開啟；水體交換時交換泵開啟，循環(huán)泵關(guān)閉；等待時交換泵關(guān)閉，循環(huán)泵開啟，每10分鐘即可測量1次。如此以來，如“開放式”系統(tǒng)一樣，實驗可以無限期地進(jìn)行下去，從而進(jìn)行長時間的監(jiān)測。

2、 系統(tǒng)組成

主要包括數(shù)據(jù)采集及分析模塊、O₂測量分析儀、水環(huán)境控制模塊、呼吸室及其它配件或備選件。

2.1 ?數(shù)據(jù)采集和分析模塊：包括數(shù)據(jù)采集器和軟件，有1通道和4通道（同時對4個呼吸室進(jìn)行測量，見右下圖）供選擇，USB接口，與計算機(jī)連接使用，主要性能指標(biāo)如下：

??????? 可以接光纖氧氣傳感器或原電池氧電極傳感器；

??????? 實時記錄顯示呼吸室內(nèi)O2隨時間的變化；

??????? 實施記錄顯示周邊水體（水浴槽）O2隨時間變化；

??????? 計算平均耗氧量；

??????? 實施記錄顯示溫度隨時間的變化；

??????? 分辨率16bit

??????? 重量1.4kg，大小21x20x7.4cm。

2.2 ?O2分析測量：O2傳感器有光纖氧氣傳感器、原電池氧電極、極譜氧電極三種。

1）.? 光纖氧氣傳感器：具有很高的分辨率。檢測極限可達(dá)15ppb，可在線測量水體和空氣中的氧氣含量，可長期在線監(jiān)測，穩(wěn)定性極強(qiáng)，響應(yīng)時間小于1秒。對于小型魚類及其它微小生物、需要高分辨率的實驗等情況下必須選擇此類傳感器（右上圖為光纖氧氣傳感器及單通道儀表，另有4通道儀表供選配）；

2）.? 原電池氧電極傳感器，可替代光纖氧氣傳感器組成經(jīng)濟(jì)型呼吸儀，但精度較低，不適于微小型生物的測量，需要一些維護(hù)措施和校對。具溫度補(bǔ)償，測量精度好于±1％，響應(yīng)時間低于20秒時間，一般在傳感器和數(shù)采中間加一個前置放大器配合使用（右圖為原電池氧電極和4通道前置放大器，另有單通道前置放大器供選配）；

3）.? 極譜氧電極傳感器：為鉑銀氯化物電極，可以快速準(zhǔn)確穩(wěn)定地測量溶解氧，但需要大量維護(hù)措施，比較麻煩。

2.3 ?水環(huán)境控制模塊：包括水溫監(jiān)測控制系統(tǒng)、氧氣分析與調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。

ü???????? 水溫監(jiān)測控制系統(tǒng)包括控制器、溫度傳感器、潛水泵、不銹鋼冷卻旋管等；

ü???????? 氧氣分析與調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器、原電池氧電極、螺線管閥等

2.4便攜式CO₂分析儀：包括儀表和傳感器（帶3m長纜線）等，可以精確地實時測量流水中的溶解CO₂，對化合態(tài)CO₂不敏感因而只測量游離態(tài)CO₂，測量不受水體中的酸、堿影響，因而其精度遠(yuǎn)高于滴定法測量。具體技術(shù)指標(biāo)如下：

???????? 測量范圍：0－50mg/l溶解CO₂，溫度補(bǔ)償范圍3－35℃

???????? 輸出：模擬信號0－1VDC

???????? 工作條件：-10－60℃，防濺水（splashproof）

???????? 精度：±1mg/l

???????? 工作時間：充足電后約50小時

???????? 尺寸：30 x 21.5 x 8.3cm，重量6kg（包括充電器、校準(zhǔn)液等）

2.5? 呼吸室：分靜態(tài)呼吸室、游泳室（活動呼吸室）、微型呼吸室。對于靜態(tài)呼吸室的選擇，一般動物濕重或動物體積與呼吸室的比率應(yīng)大致為1:10；對于游泳室，動物濕重或動物體積與游泳室的比例應(yīng)大致為1:200。微型呼吸室用于測量魚卵或胚胎、水生無脊椎動物及浮游植物、藻類的釋氧量。

3、 技術(shù)指標(biāo)：

?3.1 主機(jī)單元有1通道和4通道可選，可顯示氧氣和溫度的變化，計算平均耗氧量

?3.2 氧氣傳感器的分辨率15ppb

3.3 CO2的測量范圍：0－50mg/l溶解CO₂? 輸出：模擬信號0－1VDC

3.4 水環(huán)境控制單元，可控制潛水泵，監(jiān)測溫度傳感器

3.5 呼吸室分靜態(tài)呼吸室、游泳室和微呼吸室

3.6 靜態(tài)呼吸室直徑有33mm、45mm、62mm、72mm；80mm、100mm、140mm、