（农业生物环境与能源工程专业论文）特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究.pdf

摘要 频谱波是由电磁场产生的，本文借鉴市面上已有出售的频谱水仪，首先从理论上分析 谱波发生器的构成与工作原理，并应用此系统对水和单胞藻进行初步的试验研究，结果表 明：当频谱波直接对水进行影响时，溶解氧变化不是很明显，而水的温度有明显提高，一 般2 0 次频谱波作用，可以使水温升高卜2 。这是由于频谱波的能量被水分子吸收，分子 热运动加剧造成的，同时频谱波的能量也影响了水分子的大分子缔合存在状态，使水中的 电离平衡向分解方向进行，提高了水中的 h + 、 o h 浓度，导致电导率的增加。2 0 次频谱 波作用对海水、自来水、纯净水电导率的提高率依次为2 6 、8 4 、1 9 7 1 3 。我们认为 这是由于三神水样中所含的离子数目有很大的差异导致的。在连续循环处理方案中，随着 处理时间的增加，三种水样在各自单位时间( 小时) 内增加幅度基本上是一致的。但与理 论计算相比，循环处理电导率的增加幅度小于多次单循环增加的幅度，可见不问断长时间 连续处理中存在吸收效率的问题。 在频谱波对小球藻生长影响的试验中，发现频谱波对小球藻的生长具有一定的抑制作 用。这种抑制作用随影响时间的加长，表现得更为明显；同时，分次处理的效果明显于集 中处理的结果。另外生物所处的生长周期对作用效果有一定的影响，处于衰亡期的小球藻 比处于对数生长期的小球藻对频谱波的影响更为敏感。频谱波对小球藻生长的抑制作用与 化学因素相对比，发现在有化学因素( 如重金属离子存在、p h 值改变) 存在的前提下，频 谱波的作用基本上是体现不出来的；我们又把频谱波的这种影响与同是物理因素的磁场影 响相对比，发现磁场对小球藻也具有明显的抑制作用。小球藻在一个生命周期内，正常情 况下生物量增长5 0 以上，在频谱波连续影响6 小时情况下生物量增长量为- 5 0 左右，而 引入磁场的影响后小球藻的衰亡率高达7 0 左右。 综上所述，频谱波对小球藻的抑制作用还是比较弱的，这与化学因素影响生物明显和 迅速于物理因素的理论是一致的，这也正是当谈及环境污染时，人们更重视化学污染的原 因。但是，由频谱波对小球藻的影响可知物理因素对生物的影响也是不可忽视的，尤其是 具有长效性的物理因素，其累积效果对生物一旦产生了损伤作用，负效应将不可避免。 关键词：频谱波，电磁场，生物效应 a b s t r a c t f r e q u e n c y s p e c t r u m - w a v e ( f s w ) i sp r o d u c e db ye l e c t r o m a g n e t i cf i e l d t h i st h e s i sc o n s u l t s ac e r t a i nw a t e r d i s p e n s e r , w h i c hc o u l da f f e c tt h ed r i n k - w a t e rb yt h em e a n so ff s wa n dh a v e b e e ns o l d f i r s t l y ，w ea n a l y z et h es t r u c t u r ea n dw o r k i n g - p r i n c i p l eo ft h ep r o d u c e ro ff s wi n t h e o r y a n du s et h i ss y s t e mt om a k es o m ep r i m a r y r e s e a r c ho nw a t e ra n dc h l o r e l l a n l e e x p e r i m e n t a lr e s u l ti n d i c a t e s ：w h e nf s w a f f e c tw a t e r d i r e c t l y ，t h ev a r i e t yo fd i s s o l v e d o x y g e ni s n o tv e r yo b v i o u s ，b u tt h et e m p e r a t u r ei si ne v i d e n c e t h et e m p e r a t u r ec a r lb ei n c r e a s e da b o u t1 - 2 b y2 0t i m e st r e a t m e n tf r o mf s w t h cr e a s o no ft h ep h e n o m e n o ni s w a t e rm o l e c u l e a b s o r b i n gt h ee n e r g yf r o mf s w a n d t h eh e a tm o v e m e n tb e i n gb o o s tu p a tt h es a m et i m et h e e n e r g yf r o mf s w a l s oc h a n g et h es t a t eo f b i g w a t e rm o l e c u l ea n dm a k et h eb a l a n c eo fi o n i z a t i o n m o v i n g f o r 也ed i r e c t i o no f d e c o m p o s i t i o n ；t h e ni n c r e a s et h ec o n s i s t e n c eo f 【h i + a n d 【o h 一，s o t h ec o n d u c t i o no ft h ew a t e ri si n c r e a s e d 2 0t i m e st r e a t m e n tf r o mf s wc o u l de n h a n t et h e c o n d u c t i o no fs e a w a t e r2 ，6 ，n o r m a lw a t e r8 4 ，a n dp u r i f i e dw a t e r1 9 7 1 3 w et h i n ki ti s c a u s e db yt h ed i f f e r e n tc o n s i s t e n c eo f t h e i ri o ni n s i d e i nt h ee x p e r i m e n to f c i r c u l a t i n gt r e a t m e n t ， t h ee n h a n c e de x t e n ti st h es a m ei nt h e i re a c hu n i th o u rw i t ht h ee r d a a n c e m e n to ft r e a t m e n tt i m e b u tt h ee n h a n c e de x t e n ti ss m a l l e rt h a nt h et h e o r e t i cc a l c u l a t i n gv a l u e ，s ot h e r ei sa b s o r b i n g e f f i c i e n c yq u e s t i o n i nt h ec i r c u l a t i n gt r e a t m e n t w h e nt h ef s wa f f e c tc h l o r e l l a t h e g r o w t h o fc h l o r e l l ai sr e s t r a i n e d t h e l o n g e rt h e t r e a t m e n tt i m ei s ，t h em o r ee v i d e n tt h er e s u l ti s ；a n dt h er e s u l to ft i m ea f t e rt i m et r e a t m e n ti s m o r er e m a r k a b l et h a nc e n t r a l i z e dt r e a t m e n t i na d d i t i o n ，t h ed i f f e r e n tp e r i o do ft h eg r o w t ha l s o c a na f f e c tt h er e s u l t 1 1 1 ec h l o r e l l ai sm o r es e n s i t i v ei nd y i n gp e r i o dt h a nu p g r o w t hp e r i o d c o m p a r e t h er e s t r a i n e df u n c t i o nf r o mf s ww i t hc h e m i s t r yf a c t o r ，w eg e tt h ec o n c l u s i o nt h a ti f t h e r ei sc h e m i s t r yf a c t o r ( t h ee x i s to fm e t a li o n ，t h ec h a n g eo fp h ) ，w ec o u l dn o to b s e r v et h e e f f e c tf r o mf s w ；c o m p a r et h er e s t r a i n e df u n c t i o nf r o mf s w w i t ht h ei n f l u e n c ef r o mm a g n e t i c f i e l d w ef i n dt h er e s t r a i n e df u n c t i o nf r o mf s wo nc h l o r e l l a , t o o i nt h el i f ec y c l eo fc h l o r e l l a ， t h ec o n s i s t e n c eo fc h l o r e l l ac a nr i s em o r et h a n5 0 i nn o r m a l b u tt h ec h l o r e t l ac a nr i s ea b o u t 一5 0 i nt h es t a t eo f t r e a t m e n t b y6 h o u r s f s w a n dr i s ea b o u t 7 0 i nt h es t a t eo f t r e a t m e n tb y 6 h o u r s f s ww i t ht h ei n f l u e n c ef r o mm a g n e t i cf i e l d ， s u mt h ec o n c l u s i o n sa b o v e t h er e s t r a i n e df u n c t i o nf r o mf s wo nc h l o r e l l ai sw e a k t h i s c o n c l u s i o ni sc o n s i s t e n tw i t ht h et h e o r yo ft h ei n f l u e n c ef r o mc h e m i s t r yf a c t o ri sm o r ed i s t i n c t a n df a s tt h a np h y s i c sf a c t o r t l l i si sa l s ot h er e a s o nw h y p e o p l ep a y m o r ea t t e n t i o nt oc h e m i s t r y p o l l u t i o nw h e nt a l k i n ga b o u tp o l l u t i o n f r o mt h ec o n c l u s i o no fc b j o r e l l a ，t h e i n f l u e n c ef r o m p h y s i c s f a c t o rc a n n o tb e n e g l e c t e d , e s p e c i a l l y t h e p h y s i c s f a c t o rw h i c hh a s l o n g e f f e c t d a m n i f i c a t i o nf r o m l o n g e f f e c tp h y s i t sf a c t o ro c c u r s ，b a di n f l u e n c ew i l lb ei n e v i t a b l e k e yw o r d s ：f r e q u e n c y s p e c t r u m w a v e ，e l e c t r o m a g n e t i cf i e l d ，b i o l o g i c a le f f e c t 特定频谱波对单胞藻生长影响的静j 步研究 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 水是生物赖以生存的基本物理环境因素之一，是生命活动不可缺少的重要物质，无论 是动物还是植物。其生理和病理过程都与水有着密切的关系。然而，水又是容易受到外界 因素影响的，特别是物理因素的影响近年来越来越成为研究的热门课题。 让普通水经过高频交变电磁场就形成了吸收电磁能量的具有特殊性质的水，此时的水 就是频谱水。有试验研究结果表明，频谱水与普通水相比，具有氯仿含量减低、氧容量 增多、溶解力渗透力增强、巨噬细胞吞噬率和血清溶解酶浓度提高等特点。可见，频谱水 较普通水，理化特性发生了变化。因此，生物体吸收与生物细胞频谱场相匹配的频谱波作 用过的频谱水，或者就生活在频谱水的环境下，生物产生各种生物学效应也是顺理成章的 事情。 目前，市面上虽然已有频谱水仪出售，但主要是应用于人体保健及医学上的辅助治疗， 应该说频谱水的出现最初是以一种新型饮用水或水制品为目的的，但由于它所引起的种种 奇特的生物学效应，使得人们在这一领域继续做深入地探索。目前在国外尚未见到使用频 谱水来影响生物生长的研究报道，在国内这一研究领域虽然已经起步，但研究范围仅限于 对大鼠血浆的试验研究。1 。因此无论是深入研究频谱水作为饮用水的替代产品的可行性， 还是探讨电磁场生物学效应的发生机理，寻找频谱水对动植物影响的基本规律，或者提高 海洋经济动物人工养殖的安全性都具有非常重要的意义。本文研究的主要目的就是以水生 生物( 小球藻) 为试验对象，通过系统的试验研究，寻找频谱波对单细胞植物影响的基本 规律，并且为扩展频谱波的应用领域和探讨频谱波对生物影响的微观机理做一些基础性的 研究工作。 1 2 电磁场处理水对生物影晌的研究 虽然国内外对频谱水作用于生物体而引发的生物效应的研究的直接报道甚为稀少，但 人们对电磁环境生物效应的研究已经积累了较为丰富的实验经验。 自然界本身就是一个电磁环境的海洋，在人类生存的自然环境中就有一定数量的电磁 波，如太空及地面发出的多种形式的辐射：太阳风、x 射线、紫外线、光辐射、红外线辐 射、高频及低频电磁波辐射、其他形式的宇宙射线等。也就是说在自然状态下，地球上的 一切生物都是生活在一个庞大的电磁场环境之中“3 。 值得指出的是，电磁环境的定义是十分宽泛的，鲍协文认为由各种电磁场构成的环境 就称为电磁环境，它分为自然的和人为的两大类，其中人为的电磁环境又分为有意发射的 和无意散发的两大类“1 。从生物效应的角度出发，所有可能引发生命活动异常的匀强电场、 非匀强电场、电晕场、脉冲电场、匀强磁场、非匀强磁场、电磁场、交变电磁场等环境都 被称为电磁环境。所以说，电磁环境生物效应主要研究各种电磁环境对生物体( 包括动物、 植物、微生物和人) 所产生的宏观影响以及产生这些生物学效应的微观机制。大量的实验 特定频谱渡对单胞藻生长影响的初步研究 结果表明，不同的电磁环境作用于同一生物体和同一电磁环境作于不同的生物体都会产生 不同的生物学效应，其中促进生物生长发育的效应称为正效应或兴奋效应：而阻碍或破坏 生物生长发育的效应称为负效应或抑制效应“3 。即由于外界的电磁环境发生变化而引发的 生物学效应被称为电磁环境生物效应。至今，电磁生物效应研究，主要涉及到农作物种子 处理、果蔬保鲜、医疗保健和生物工程等几个领域。 长期以来，科研工作者一直致力于研究电磁环境生物效应的宏观现象以及微观机理， 在研究电磁环境与生物组织、器官等发生异常之间的关系时，却很大程度上忽视了生物体 内水发生的变化，以及可能在其生物效应中发生的作用。 水似乎是最简单、最普通不过的物质，然而在生物体内，水不仅提供细胞的生活环境， 还在相当程度上决定着生物大分子的构象和功能，影响生命活动中的物质运输、能量转换 和信息传递过程“1 。近年来随着对水的生理作用研究的展开，人们认识到水有很多神奇的 特性一直不被人们了解”。无论从水的分子量测定还是从第族元素的氢化物常温下的存 在状态去研究，都认为水是有许多水分子缔合成的水分子团( h 2 0 ) n 所组成的，在室温时， 一般水的分子团大小约为3 0 - 4 0 个水分子。 由于水分子由氢键缔合成水分子团，而这神结构的稳定存在时间只有1 0 一1 2 秒左右， 既不断有水分子加入某个水分子团，又不断有水分子离开某个水分子团。也就是说水中水 分子团是一种动态的结构。这种结构可以随着温度、光、电、磁、声、离子浓度等变化而 变化，如自来水约是1 3 个水分子团，电场效应水约为8 个水分子团，电解水约为6 个水 分子团，而频谱水为5 个水分子团。有研究表明0 1 水分子团越小，活性越大，这种水喝起 来味道也越好：而水分子团越大，活性越小，越不好喝。许多试验也表明“”，食品的发酵、 熟成、风味也与水的构造有密切的关系。 近年来，虽然使用频谱水影响生物的报道不是很多，但我国的水产科技工作者将磁场 及磁化水用于鱼、虾、贝类的人工育苗之中，取得了较好的效果“孙家美等( 1 9 9 1 年) 用 其设计的一个磁场空间对三角帆蚌影响，发现4 个比对组中生长率分别为1 2 3 ，1 7 3 ，1 8 3 和1 8 3 。王昭正也用试验实验证明磁场对河蚌的生育有明显的影响。杨德龙用磁化后的海 水培育对虾幼体，与对照组相比，出苗数明显增加。在对虾的室外养成阶段，投喂经过磁 化处理的人工合成的全价对虾饵料，发现对虾体重明显增加，而且磁化后的饵料在水体中 的氨氮含量比磁化前低。谢瑞生用磁化水培育罗氏沼虾和用磁化水饲养中华乌塘鳢，也得 到了很好的效果。 直按使用频谱水对生物影响的研究到目前还仅限于对大鼠的试验研究。2 0 0 2 年，梁晓 芸等首先对频谱水的安全性及保健作用做出了评价。他们让大鼠自由饮用频谱水， 9 0 天后对大鼠进行各项检查。在血常规及血清生化指标的检查中，认为实验组与对照组之间 无显著性差异( 见表1 - 1 ) ；在对大鼠肝、肾等组织的病理学检查中，均未见毒性病理改 变，即频谱水对实验大鼠生长发育、血液系统、生化指标及肝、肾均无损害作用；在对免 疫功能的检测中( 见表1 - 2 ) 。发现频谱水试验组的m 巾吞噬率及血清溶菌酶含量明显高 于对照组，但t 淋巴细胞转化率两组差异无显著性意义，所以频谱水对大鼠具有一定的提 特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究 高免疫功能的作用及抗疲劳的能力。因此，认为频谱水具有安全、无毒且能提高机体免疫 力的作用。 表1 1血常规及血清生化指标 f i g 1 - 1b i o l o g ya n dc h e m i s t r yg u i d el i n e so f h e r o r o u t i n ea n ds e r u m 表卜2 频谱水免疫功靛检测结果 f i g 1 - 2t h e r e s u l t so f i m m u n i t yf u n c t i o nf r o m f r e q u e n c y - s p e c t r u m - w a t e r 同年，刘育英“。等也进行了频谱水对大鼠血浆影响的试验。他们研究的白介素1 、6 和白细胞都是反映机体免疫能力的生物因子，其中i 卜l 是由单核巨噬细胞、淋巴细胞、 血管内皮细胞等产生一种重要的细胞因子，具有广泛的生物学活性、不仅对多种免疫活性 细胞有重要调节作用，而且能刺激造血祖细胞增殖，对肿瘤细胞有直接的毒性效应，并具 有抑制其生长的作用。i l ，- 6 是淋巴类及非淋巴细胞产生的种多功能的细胞因子，能够 调节免疫应答、急性期反应以及造血作用，在宿主防御机理中起一种核心调节作用。在实 验中，他们建立了自由饮用频谱水6 0 - 9 0 天的大鼠由内毒素造成炎症刺激的实验模型。实 验结果显示，饮用频谱水3 卜- 6 0 天的动物，能够提高i l l 、i l 6 的含量，减少白细胞的粘 附和白细胞的游出，减少白细胞与血管内皮细胞间的相互作用，从而减少白细胞对内皮细 胞的毒性作用，表明饮用频谱水的大鼠炎症反应轻。因此认为，频谱水具有改善微循环的 功能，尤其是显著降低白细胞粘附，所以饮用频谱水对提高机体免疫性，增加机体抗病能 力，减轻炎症反应均有较好效果。 在此基础上，2 0 0 3 年刘育英”1 等又对频谱水影响大鼠全血粘度和红细胞变形性进行了 研究。发现饮用频谱水的大鼠血液粘度比对照组要低，而对红细胞的变形性却无明显影响。 因此，有利于血浆的流动性，同时也有利于改善血液粘度和微循环，使血液粘度恢复到正 常平衡状态，从而达到治疗的效果。 总之，用频谱技术影响生物，记录其生物效应的研究刚刚起步，尤其直接研究频谱水 的理化指标和研究频谱波影响过的水生单细胞植物的课题还是处于探索的阶段。 特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究 1 3 存在问题 电磁场生物效应是以生物的宏观现象表现的，而这些宏观现象与生物体内的微观变化 和机制有着密不可分的联系。然而，目前关于电磁场生物效应的研究现状却是：宏观现象 的研究尚处于资料积累阶段，微观机制的研究还很分散和不完善，远没有达到“知其然， 知其所以然”的明确程度。所以在试验中存在的问题主要有以下几个方面： 生物生长是多种因素共同作用的结果，本试验中希望除水外其它因素均为可控因素， 但在实际操作中其它因素可能并不能受到完全的控制。因此，尽可能消除不确定的影响十 分重要。 由于试验采用单因素试验的方法，虽然具有目的明确。简单可行等优点，但宏观表现 不明显的现象很可能发生：然而采用双因素的实验方法，虽然宏观表现较为明显，但交叉 作用又使得宏观分析更为复杂，所以只有通过微观分析才能达到试验的要求。 电磁场对生物体影响的微观机制研究还很不完善，要清楚地说明作用机理比较困难， 因而，只能从某一角度加以解释，提出关于此类试验的总结规律，对频谱水影响生物体提 出初步的研究结果。 1 4 主要内容 本文研究的主要内容有以下三个方面： a 从理论上分析频谱仪的工作原理 b 通过试验研究频谱波对水的理化特性的影响 c 通过试验研究频谱波对单细胞小球藻的生长影响。 特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究 第二章频谱仪( 频谱波发生器) 原理的理论分析 1 9 世纪，麦克斯韦指出：”交变的电场会产生交变的磁场，而交变的磁场又会激发交 变的电场。”这就是说，只要在空间某处存在一个交变的电场，它的周围就会产生一个新 的交变磁场，而这个新的交变磁场又会在远处激发一个交变的电场。这种交替变化的电场 和磁场称为电磁场。这种交变的电磁场会在空间以波的形式由近及远地传播开去，这就是 电磁波“。事实上，电磁波携带了场源的信息及能量，实现了信息的远距离无线传输。一 百多年以后，人们已经将电磁场以及电磁波技术广泛的应用于日常的生产与生活之中，因 此关于电磁辐射影响生命活动而导致疾病的报道日益增多。近些年来，人们关于电磁场以 及电磁波技术的研究大致可以分成危害及防治和利用其特性为生产生活服务两大类，尤其 是利用其特性为生产生活服务，越来越成为热门的科研课题。 本文中讨论的频谱波发生器就是利用电磁场以及电磁波的特性为生产生活服务的一 个课题。用频谱波影响饮用水制成频谱水保健治疗仪，它采用仿生学的方法，参照人体的 频谱场，频率范围在0 2 - 1 0 0 赫兹，饮用水经过处理，吸收了由该保健仪发出的频谱波后 形成频谱水，通过人体对频谱水的饮用和吸收将这种与人体正常频谱相匹配的生物频谱 波散布到体内每一个组织、器官，从而发挥着保健和治疗作用。那么，如果用这一特定的 频谱波影响其他生物，特别是对水生生物而产生的生物学效应正是对这一课题的深入与延 展。本章仅就频谱波发生器的构成与工作原理做基础的理论分析。 2 1 频谱波的数学分析 频谱波，也可以被视为一种信号，所以频谱波就是经过低频信号调制的高频信号。为 了简化对频谱波的分析，设低频信号( 调错8 信号) 表达式为uq = v 。c o s q t ，如果用它对高 频信号( 载波) ”= v o c o s6 0 。t 进行调幅，那么，在理想的情况下，已调波的振幅为 = k - 魄c o s 口t ( 其中k 是比例常数) 。 因此，频谱波可以用下式来表达 ”“j 。c o s 甜。f = ( v 卜k 冉o c o s q t ) c o s ，t = v o 仃+ t a c o s 口c o s 。t( 其中现吨v o ) ( 1 ) 可见，频谱波的频率是由高频信号决定的( 6 0 。) ，而振幅的形式却是低频信号( q ) 的形式。对于简单的频谱波我们可以做出以上的分析，但对于复杂的频谱波，我们会发现 时域分析存在许多不便之处，因此引入频域分析的方法。 任何信号的频域分析的基础是将信号看成函数，将周期函数展开成正弦级数是频域分 祈的第一步。根据傅里叶( z f o u r i e r1 7 6 8 - 1 聊) 级数的理论任何周期信号只要满足狄 义赫利条件就可以分解成直流分量及许多正弦、余弦分量。这些正弦、余弦分量的频率必 定是基频f ，的整数倍。通常把频率为f 1 的分量称为基频，频率为? ，了f 等分量称 为二次谐波、三次谐波等。直流分量的大小以及基波与各次谐波的幅度、相位取决于 周期信号的波形。如果把周期信号展成三角形式的傅里升级数，郎 特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究 f ( t ) 2a o a | c o sc o | t 斗b | s 1 1 7 厶) l t a e c o s 2 | t + b i s i n 2 | t + + a c o s n u i t + b l s n d6 2 i t + = a 口+ e ( a 。c o s n t + bj s i n n l t ) = c o + 三c c o s 向j t + o ( 2 ) 可见，各分量的幅度岛、抚、o 及相位o 。都是力6 0 ，的函数。如果把c 。对门，的关系 绘成如图2 一l 那样的线图，便可以清楚而直观的看到各频率分量的相对大小。这种图称为 信号的幅度频谱图，通过频谱来分析信号的方法称为频域分析法。 c o 图2 1 周期信号的频语图 f i g 2 - 1t h ef r e q u e n c y - s p e c t r u m - p i c t u r eo f p e r i o d i cs i g n a l 回到上文的公式( 1 ) ，如果作进一步的展开，将得到， 7 = k c o s6 j 。t + 1 2 皿k c d sr 。十臼jt 州2 现v o c o s r 0 。一口，t ( 3 ) 可见，由正弦波调制的调幅波是有三个不同频率的正弦波组成的：第一项的频率为载 波频率；第二项的频率为载波频率与调制频率之和，叫做上边频；第三项的频率为载波频 率与调制频率之差，叫做下边频。把这三组正弦波的相对振幅与频率的关系画出来，就得 到图2 2 所示的频谱图。 j。 下 il 上 臻装 i1 0 + q f o 0 o - n 图2 - 2 正弦调制的频谱波频谱 f i g 2 2t h ef r e q u e n c y - s p e c t r u m - p i c t u r eo f f r e q u e n c y - s p e c t r u m w a v e m o d u l a t e db ys i n ew a v e 6 - 特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究 实际上，通常的低频信号可能比较复杂，展开成正弦级数后会含有许多频率，因此由 它产生的调幅波中的上边频和下边频都不再是单一的谱线，面是由许多谱线组成的上、下 边频带，这样我们就看到如图( 2 3 ) 所示的一般频谱波的频谱图的形式。 相 对 振 幅 低频信号频谱 频谱波的频谱形式 频率 歙馐蔽时频谵群式 图2 - 3 一般信号调制的频谱波频谱 f i g 2 3t h ef r e q u e n c y - s p e c t r u m - p i c t u r eo f f r e q u e n c y - s p e c t r u m - w a v e m o d u l a t e d b yu s u a ls i g n a l 2 2 频谱波发生器的工作原理 频谱波发生器主要由低频信号发生电路、高频信号发生电路、调制电路三部分组成。 为了分析上的简便，在这里我们以正弦波为信号做出如下的讨论。 2 2 1 信号发生电路 信号发生电路的基础是正弦波振荡电路，正弦波振荡电路一般包括放大电路、反馈网 络、选频网络和稳幅环节四大部分。但有时，反馈网络和选频网络是合在一起的。正弦波 振荡电路按组成选频网络的元件类型的不同可分为五口正弦波振荡电路、f 正弦波振荡电 路和石英晶体正弦波振荡电路。由于频谱波是由两种不同频率的波合成的，因此我们仅就 产生低频信号的彤正弦波振荡电路和产生高频信号的f 正弦波振荡电路做出讨论。 2 2 1 1r c 正弦波振荡电路( 低频信号发生部分) 图2 - 1 为较为典型的? c 串并联式正弦波振荡电路。图中左侧框线中的是选频和反馈 网络，右侧框线中的是放大电路。放大电路的核心是放大器，放大器把电路中的自激震荡 按照要求进行放大，通过反馈选频网络选出满足要求的信号送到放大器的输入端，此时在 放大器的输出端我们就可以得到一定频率和一定幅值的正弦信号( 图2 - 2 ) 。 特定频谱渡对单胞藻生长影响的初步研究 1 r j 一| | = c 3 。，f 1 母 朔一 图2 - 4r 0 串并联式正弦波振荡电路 f i g 2 4s i n e - w a v es u r g ec i r c l em a d eb y r c s e h e s p a r a l l e lc o n n e c t i o n v n 厂 _ 图2 - 5r c 正弦波振荡电路输出的典型信号 f i g 。2 - 5t h er e p r e s e n t a t i v es i g n a lo u t p u tb yr cs e r i e s - p a r a l l e lc o n n e c t i o ns u r g ec i r c l e 通过对电路的分析，我们知道r c 正弦波振荡电路中的放大电路是由集成运算放大器 构成的同相比例电路，它的输出电阻可视为零，输入阻抗一般比卉c 串并联网络中的阻抗 大得多，可忽略不计，因此输出信号的振荡频率即为月口串并联网络的厶= 1 万删。由 于同相比例电路的电压放大倍数应略大于3 ，即彳，= 砌应略大于3 ，所以输出信号的幅 值为输入信号的3 倍左右，并且此时b 应略大于2 品。 肜正弦波振荡电路的振荡频率与疗，f 的乘积成反比。如果希望它的振荡频率较高， 就得减小斤、f 的数值大小。如果希望获得更高的振荡频率，那么还应该再减小斥和0 而 减小斤将使放大电路的负载加重，减小f 也不能超过一定的限度，否则振荡频率将受寄生 电容的影响而不稳定。此外，普通的集成运放的带宽较窄，也限制了振荡频率的提高。因 此，膨正弦波振荡电路的振荡频率一般不超过l i d h z ，属于低频段。如果希望产生更高频 特定频谱波对单胞藻生长影喃的初步研究 率的正弦波，可以采用c 正弦波振荡电路。 2 。2 。1 2 口正弦波振荡电路( 高频信号发生部分) f 正弦波振荡电路在工作原理上与厅f 正弦波振荡电路基本上是一致的。只是它的选 叛网络采用的是并联谐振回路。频率特性为厶= j 2 l c ，因此它可产生频率高达 1 0 0 0 m h z 以上的正弦波信号。常见的有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式三种。但 不论哪种，其输出的正弦波的频率都是很高的，可以作为频谱波中的高频信号来使用。 图2 6 为常见的变压器反馈式正弦波振荡电路的电路图，图2 7 为振荡电路输出的高频正 弦波。 v 图2 - 6 变压器反馈式正弦波振荡电路 f i g 2 6s i n e - w a v es u r g ec i r c l em a d eb yl cs e r i e s p a r a l l e lc o n n e c t i o n 图2 - 7i 2 正弦波振荡电路输出的典型信号 f i g 2 - 5t h er e p r e s e n t a t i v es i g n a lo u t p u tb y l c s e r i e s p a r a l l e lc o n n e c t i o ns u r g ec i r c l e 2 2 2 调制电路 所谓调制，是由于通过腮正弦波振荡电路和f 正弦波振荡电路分别产生低频正弦波 信号和高频正弦波信号，然而此时的正弦波是分别独立并且频率和幅值都一定的波，要使 电磁波在幅值上能发生一定的周期性的交化，就必须采用调制的方法。通过振幅调制的方 q 特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究 法使高频信号的振幅随低频信号的变化规律而变化，即高频正弦波的外包络就是低频信号 的形式a 图2 8 就是调制信号为正弦波形时，频谱波的形式。由图可以看出，频谱波是高 频信号按照低频信号的规律成线性变化的高频振荡。它的高频信号频率维持不变，也就是 说，每一个频谱波的周期是相等的，因而波形的疏密程度是均匀一致的。在无失真的调制 下，频谱波的外包络线波形应与低频信号的波形完全相似。 v 图2 - 8 调制信号为正弦波时频谱波波形图 f i 9 2 8t h e w a v ep i c t u r eo f f r e q u e n c y s p e c t r u m w a v em o d u l = e d b y s i n ew a v e 因此，要进行调制，必须利用电子器件的非线性特性，图2 - 9 是最简单的调制电路的 工作原理图。这里将低频信号uo 和高频信号u 相加后，同时加入非线性器件，然后通过 中心频率为u 。的带通滤波器后取出输出电压u 。中的频谱波成分，从而实现频谱波的产生。 vo v 图2 - 9 调制电路的工作原理圈 f i 9 2 - 9t h ep r i n c i p l ep i c t u r eo f m o d u l a t i o nc i r c l e 特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究 第三章频谱波对水理化指标影响的试验 在绪论中，我们已经谈到频谱波作用于水后产生的频谱水对大鼠生理各项指标的影 响，但就频谱波直接作用的水可能产生的变化却没有人直接报道过。其实壹接研究电磁环 境中的水的报道都是非常少的，而且实验对象大多是纯水或自来水，以海水作为研究对象 的尚未见报道。本试验以自来水、纯净水、海水为试验对象，一方面比较三种水样接受频 谱波影响后的差异，另一方面也为后续的频谱波对单胞藻生长影响的试验做基础工作，本 章给出了频谱波与水相互作用的试验结果，从而为深入研究电磁环境生物效应的微观机理 提供更丰富的实验资料，为电磁环境的某些生物效应的解释奠定基础。 3 1 试验材料、仪器和实验方法 本试验采用自来水、纯净水和海水为试验材料，其中自来水取自本校内的生活用水； 纯净水为杭州娃哈哈牌纯净水，生产日期为2 0 0 4 8 8 ；海水取自大连水产学院水生生物实 验室使用的沙滤海水。 试验中，用电导率和溶解氧2 个理化指标来反映频谱波对水的影响，溶液电导率是指 1 c m 2 的两平行电极相距1 c m 时溶液具有的电导，水溶液中的电导率取决于离子的浓度、溶 液的温度和粘度等，电导率是表征液体传导电流能力的重要参数。而溶解氧是指在水中以 分子态存在的氧，溶解氧的饱和含量和空气中氧的分压、大气分压、水温有密切的关系。 试验中使用的频谱波发生器为广东骏丰频谱实业有限公司生产的j f l 3 8 型频谱水治疗 保健仪。图( 3 - 1 ) 为频谱波发生器的外观图。试验采用的测量仪器有美国i n c o r p o r a t e d y e l l o ws p r i n g s 公司生产的y s i - 5 8 型溶解氧测定仪( 图3 2 ) ，上海天达仪器有限公司出 品的d d s i i c 型号的数显电导率测定仪( 图3 3 ) 。这些测量仪器都是先进的智能化的测量 工具，使用简便，精度较高。 图3 - 1 频谱波发生器图3 2 溶解氧测定仪 fig 3 - 1p r o d u c e ro ff r e q u e n c y s p e c t r u m - w a v e fig 3 - 2m e a s u r ein s t r u m e n to ft h edis s oiv e d - o x y g e n 特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究 图3 - 3 电导翠测定仪 fig 3 - 3m e a s u r ein s t r u m e n to ft h ec o n d u c t a n c e 由于频谱波发生器的不可调性，导致单次处理强度不可改变，所以只有通过积累处理 次数，即改变处理时间长度的方法达到改变处理剂量的目的。 l - 在电导率测定的试验中以处理时间的长短分为多次单循环处理和连续循环处理两 种方法： 多次单循环处理方案：以被处理液体积为l o o m 为例，让l o o m l 被处理液完全通过处 理腔，接受频谱波的影响，完成后记录此时被处理液的各项指标，然后再让l o o m l 被处理 液完全通过处理腔，重复上述试验过程，依次得到试验结果。试验中选择处理梯度为2 0 ， 每梯度取3 个样本，考虑到误差的影响，试验也可以重复一次。 连续循环处理方案：为了增加被处理液接受辐射的能量，就要尽可能延长被处理液在 处理腔中停留的时间，方法是将出水用泵抽回待处理腔，让被处理液反复通过处理腔，如 果出水速度与泵的抽水速度相匹配的话，则可实现动态的循环。以被处理液体积为5 0 0 m l 为例，5 0 0 m l 的被处理液要完全通过处理腔需要1 分钟的时间，然而被处理液在处理腔内 的流速是相当快的，单位体积的被处理液在处理腔内可以接受到频谱波影响的时间大约为 1 秒钟左右，根据计算，循环处理1 小时单位体积水接受到频谱波影响只有次左右，即 被处理液在处理腔内接受到频谱渡影响的时间大约为6 0 秒钟左右。所以，连续循环处理 方案的处理梯度都是以小时为单位的。试验中选择的处理梯度为6 ，即连续循环处理水6 小时，其间每隔一小时测试一次水的电导率。 2 在溶解氧测定的试验中，水需经过处理腔，然后落回盛载容器中。这样的一个动 态的过程，本身就增加了水与空气接触的机会，提高了水中溶解氧的含量。所以，为了消 除上述原因带来的误差，试验采用两套循环系统，目的就是弄清楚溶解氧在量值上的增加， 是由于水循环系统引起的，还是由于吸收频谱波而引起的。循环系统设计方案如下： 循环系统( i ) ：水正常通过频谱水发生器，自由落回盛载容器后，通过水泵，水再 篓塞塑塑茎翌苎堕蔓竺墨望堕塑垫兰婪圣 次回到频谱水发生器中，以此循环6 小时。其间每隔- d , 时测试一次水的溶解氧，即处理 的梯度为6 。 循环系统( i i ) ：水不通过频谱水发生器，但从同样高的高处自由落回盛载容器后， 通过水泵，水再次从同样高的高处自由落下，以此循环6 小时。其间每隔一小时测试一次 水的溶解氧，即处理的梯度为6 。 另外，水在接受频谱波能量的过程中，水温可能会有所提高，所以在长时问处理方案 中，对水温也做出了记录。 3 2 频谱波影响纯净水的试验结果与分析 3 ，2 1 频谱波影响纯净水电导率的试验结果 表3 - 1 频谱波单次作用对纯净水电导率的影响 t a b 3 - 1t h ei n f l u e n c eo f o n et i m ef s w ( f r e q u e n c y - s p e c t r u m w a v e ) o nt h ec o n d u c t a n c e o f p u r i f i e dw a t e r ( 表洼：环境温度为1 8 4 ，纯净水的温度为1 8 7 - 2 0 6 c ) 特定频谱波对单胞藻生长影响的初步研究 表3 - 2 频谱波连续作用对纯净水电导率的影响 t a b 3 - 2t h ei n f l u e n c eo f c i r c u l a t i n gf s wo nt h ec o n d u c t a n c e o f p u r i f i e dw a t e r 3 2 ，2 频谱波影响纯净水电导率的结果分析 1 当频谱波一次次连续影响纯净水时，随处理次数的增加，电导率的大小是逐渐增 加的。依据表( 3 一1 ) 利用e x c e l 作曲线来进一步分析，