红外线气体分析仪

1、红外线气体分析仪第1页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二植物生命活动中的三个重要过程：光合作用、呼吸作用与光呼吸作用，分别伴随着CO2的吸收和释放。三者变化总结果与相互关系可由下式表示： CO2H2O 光合作用 CH2O+O2 (光)呼吸作用 因此，CO2分析一直是研究这三个过程的基本测定技术。在目前所有的CO2分析技术（检压法、酸碱滴定，pH比色法，电导法，气相色谱法，放射性(14C）及稳定性（13C）同位素法，CO2电极法，红外线分析法等）中，红外线CO2分析法是最有效的一种手段。它具有灵敏度高、反应迅速，抗干扰性强，操作方便，可以进行活体的、连续的测定等突出优点，因

2、而被广泛应用于农业测定和科学研究中。第2页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二20世纪50年代国外已设计制造出红外线C02气体分析仪 我国在20世纪70年代也制造出了红外线C02气体分析仪，并用于植物C02代谢的生理活动过程的测定。 随着科学技术的发展，电子计算机技术的渗入，红外线C02气体分析仪的性能不断提高，并与其它测量技术结合，开发出便携式、光温气能调控的光合作用分析系统，如美国LI-COR生产的LI-6400、英国ADC公司生产的LCA-4光合作用分析系统。第3页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二这些仪器能单人提着携带到野外工作，能测定光合速率

3、、呼吸速率、蒸腾速率、气孔导度等植物的生理参数，同时还能测定环境中光强、温度、湿度等参数，操作十分方便，用叶室夹一片叶，在操作面板上按一下键，在数分钟内就能把上述参数测完并储存好。 LI-6200光合作用分析系统LCA-4光合作用分析系统第4页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二剑叶的光合速率 用LI-6400光合作用测定系统测定。测定条件温度为2530，基始CO2浓度为350ppm。叶室 测定装置 第5页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二第一节 红外线气体分析仪的工作原理与仪器结构一、气体对红外的吸收 不同分子结构的各种物质具有对光波（电磁辐射）选择

4、吸收的特点。当用一束具有连续波长的光照射分子时，分子会选择地吸收某波长的光子而产生能量跃迁。由异原子组成的气体分子（如CO2、CO、CH3、SO2、H2O等），对红外线有强烈的吸收。例如CO2在中红外波段区在4.3和15处有两个强吸收峰。 第6页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二图1 气体对红外吸收示意图 气体对红外辐射的吸收程度可用比耳朗伯定律来表示： EE0e-KCl（1） E0:入射光能量 E:透过光能量 K:气体吸收系数 C:气体摩尔浓度或质量/体积浓度 l:气体层厚度 第7页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二光束通过气体层后被吸收的能量E则

5、为 EE0-EE0(1-e-KCl)(2) (2)式表明,对于某一气体而言,当选定吸收波长和气体层厚度(l)之后，其红外光吸收的能量E将与气体的浓度C有单值对应的指数关系。当KCl的数值很小时 E-KCl1-KCl E E0-EE0 (1-e-KCl) E0 1-(1-KCl) E0KCl(3) （3）式表明，气体浓度较小时，红外光吸收的能量E将与气体浓度有对应的线性关系（图2）。图2 红外光吸收能量与气体浓度的关系 由图2可见，当直接或间接测得E时，便可知气体浓度C，这就是红外气体分析仪的理论基础。第8页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二 一台红外线C02气体分析仪由三

6、个基本部分组成：红外线辐射源、气室和检测器(图3 )。气室中有C02存在时会减少到达检测器的辐射，从而减少检测器的输出信号。图3 红外线C02气体分析仪基本结构示意图来自源(S)的红外辐射通过气室(C)，气室有1个入口(I)和1个出口(Q)，这两个口允许被分析气体连续地流过，经过气室的红外辐射被滤光片(F)过滤，一般只让4.3nm波段辐射通过，然后到达检测器(D)。检测器的信号被整流、放大(RA)，最后由显示器显示。 二、红外线C02气体分析仪的结构第9页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二1.红外线辐射源光源要求： 辐射的光谱成分要稳定； 辐射的能量大部分集中在待测气体特

7、征吸收波段； 辐射光最好能平行于气室中心入射； 光源寿命长，热稳定性好，抗氧化性好，金属蒸发物要少； 光源灯丝在加热过程中不能释放有害气体。 典型的红外线辐射源是由镍铬合金或钨丝绕制成的螺旋丝，用低电压源加热，温度升至600800之间发出暗红色光，发射出0.77m的连续波长的红外光。第10页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二2.气室大部分红外线CO2气体分析仪是双光束和双气室的，即有等量的红外线辐射通过两个平行的气室，一个为分析气室，另一个作为参比气室(图4)。 图4 具有并列式检测室的双光束红外线CO2气体分析仪光路部分结构示意图 来自两个辐射源S1和S2的辐射同时被切

8、光片C斩波，以便使通过分析气室A和参比气室B的辐射同时到达检测室的1和2的两个小室，检测室的1和2的两个小室并列，被由电容器D的动片分开。第11页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二分析气室是一个通过气室，即有连续的样品气流通过这个气室，参比气室可以是工厂封闭的内无C02的空气的气室，或是充入N2的气室；也可以做成气体通过室，这样可确保仪器的使用有较大的灵活性。第12页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二双气室红外线CO2气体分析仪除了能进行绝对值测量外，还具备差分测量CO2浓度的功能。而用作绝对值检测CO2浓度使用的红外仪和便携式红外仪一般为单气室的。

9、 红外线CO2气体分析仪气室要求透光性好，光窗材料选用透红外线的氟化钙晶片，内壁通常镀金，这是为了最大限度地让光线透过气室。气室两端有进出气口。第13页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二3.红外线辐射能量的检测器红外线辐射能量的检测器种类较多，概括起来有两类 薄膜微音器又称光声式探测器或检测电容器，工作原理是热辐射使动片两侧检测室的气压变化，造成动片与固定电极间距离改变，引起电容量变化，从而达到检测辐射的强度。 光导检测器 一类半导体的物质，如锑化铟(InSh)，因红外辐射引起其电阻改变而被检测。第14页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二薄膜微音器是

10、由金属外壳、薄膜电容、光窗材料和引线等组成的气室，其中薄膜电容的动片(金属薄膜)将气室隔成两个小检测室。一般检测室中均充满与待测气相同的气体，例如在CO2气体分析仪内充一定浓度的CO2气体。 薄膜微音器大多是双室检测电容器，结构如图4右侧和图5右侧所示。它们的基本构造是由两个检测室和密封在壳体内的一个薄膜电容构成。图4检测器的两个检测室为并列式的，而图5的两个检测室为串连式的。图4图5第15页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二在平列式检测室结构中，穿过参比气室的辐射进入一个检测室，而穿过样气室的辐射则进入另一个检测室，两个检测室都吸收位于C02吸收带的那部分辐射，但所吸收

11、的量与气室吸收的量成反比，这样，斩波辐射会引起检测室中压力的周期变化以及与此同时的膜振动。其振幅取决于两个检测室之间的压力差，而压力差又由样品气室和参比气室之间的C02浓度来决定。膜振动振幅的变化引起电容器的容量的变化。这一容量变化与电容器两端的电压变化成正比，经放大后，形成输出讯号。第16页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二光导检测器是一类半导体的物质如锑化铟(InSh)，因红外辐射引起其电阻改变而被检测。 目前绝大多数红外线C02气体分析仪采用这一检测原理，如国产的QGD07型红外线C02气体分析仪。 (InSh)第17页，共65页，2022年，5月20日，17点41

12、分，星期二第二节 国产FQ型红外线C02气体分析仪的结构与使用一 、结构 国内外的红外线CO2气体分析仪种类很多，以下介绍广东佛山分析仪器厂生产的FQ-W型红外线CO2气体分析仪的结构与使用。FQ型红外线气体分析仪可分为分析和电子两部分。 第18页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二图6 红外线气体分析仪主箱体主要结构图1.薄膜微音器 2.左检测室 3.右检测室 4.校正装置 5.校正杆 6.前置放大器 7.调零装置 8.调零旋钮 9.参比气室 10.滤波室 11.工作气室 12.切光片 13.光源 14.参比电机 15.同步电机 16.光对称旋钮 17.相位旋钮 分析部分

13、装在主箱体内（图6）第19页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二由光源1发出的红外光经平面反射镜2、斜面反射镜3和4反射后分成两束能量相等的平行光束，分别通过参比气室6和工作气室7而到达检测器8的两个对称的接收室。参比气室中充入不吸收红外光的气体（如N2）。而工作气室中不断通过待测气样，气样中的被测成份吸收了对应波长的一部份红外光，这样到达检测电容器的两接收室的红外光能量就不相等了，其差值就是E。检测电容器8是由两个检测室和密封在壳体内的一个薄膜电容器构成。薄膜电容器的一个电极是个圆形金属块，它与壳体高度绝缘，由绝缘子引出导线；另一个电极是一片金属薄膜它与壳体相连，并把两个

14、检测室隔开。检测电容器内充被测气体，并加以严格密封。 图7 仪器的测量原理 1.光源 2.平面反光镜 3、4.斜面反光镜 5.切光片 6.参比气室 7.工作气室 8.薄膜微音器比气室 N2工作气室 待测气样第20页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二经过参比气室进入左检测室的红外光能量为E0，经过工作室进入右检测室的红外光能量为E，左右两个检测室内的气体分别吸收红外光E0和E，受热膨胀，由于E0大于E，故左检测室的温度稍高于右检测室的温度。按气体方程PVRT，左检测室的压力将稍高于右检测室的压力（其差为P），这样薄膜将被迫凸起，薄膜电容器的容量变小（其差为C）。这是检测电容

15、器接收红外光的初始瞬间过程。如果红外光保持起始状态不变，由于联通左右检测室的平衡小孔的漏泄，压力差就会缓慢消失，薄膜就回到原来位置，并保持静止，再也没有讯号产生了。切光片5将使这一过程发生根本性的变化。 图7 仪器的测量原理 1.光源 2.平面反光镜 3、4.斜面反光镜 5.切光片 6.参比气室 7.工作气室 8.薄膜微音器第21页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二切光片5是一块90度角的双扇形黑色薄板，它以每秒3.24周的速度转动，在每一周期中，它对光源的两束光同时地打开两次，切断（遮住）两次。当打开时，红外光射入检测室，薄膜向右凸起；当切断时，薄膜回复原位。这样薄膜产

16、生了每秒6.48周的周期性振动，也就是薄膜电容器的容量产生了每秒6.48周的周期性变化。 图7 仪器的测量原理 1.光源 2.平面反光镜 3、4.斜面反光镜 5.切光片 6.参比气室 7.工作气室 8.薄膜微音器第22页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二将薄膜电容器联接在如图8的电路中，并置以恒电压V，当电容量变小时，电容通过的电阻R放电；当电容量复原时，U通过R对电容充电，由此，在R上就得到一个频率为6.48周/秒的交变电讯号。由于C来源于P，P来源于E，E来源于工作气室中被测气体的不同浓度，故R上的交变电讯号大小就直接反映了被测气体的浓度。从R上得到的交变电讯号是很微

17、弱的，一般在零点几毫伏至几毫伏之间，必须用电子放大器加以放大，并用标准气体校正电讯号值与被测气体浓度的对应关系，最后可以直接从表头上（或记录仪上）读出（或记下）被测气体的浓度。这就完成了红外线分析仪的分析过程。图8 测量原理图T.薄膜微音器 V.恒压电源 R.电阻C E PC 交变电讯号第23页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二1.分析部分 分析部分装在主箱体内（图6）。箱体由铝合金铸成，具有较好的密封性。箱门左上角装有调零装置的旋转轴，盖上圆形的保护盖。在仪器工作过程中校对零点时，不需打开箱门，只要按下旋转轴就可转动调零旋钮进行调零。校正按钮装在箱门的右上角，也用圆形盖

18、保护，在仪器工作过程中检查灵敏度时，也不须打开箱门，只要按下校正按钮，校正杆即动作。主箱体内各部件简述如下图6 红外线气体分析仪主箱体主要结构图 1.检测电容器 2.左检测室 3.右检测室 4.校正装置 5.校正杆 6.前置放大器 7.调零装置 8.调零旋钮 9.参比气室 10.滤波室 11.工作气室 12.切光片 13.光源 14.参比电机 15.同步电机 16.光对称旋钮 17.相位旋钮第24页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二(1)检测电容器：这是仪器的关键部件。采用优质铜合金或铝合金制成。薄膜把检测器分隔成左右两检测室，检测室内壁具高光洁度。内部充以一定浓度的被测

19、气体后严格密封。一般充10%20%的待测成分气体。充气浓度不能过大过小，过大会使辐射光在靠近窗口附近就被吸收掉，不能深入下层，结果部分热量被窗口材料导去,降低灵敏度；过小则辐射能量不能被气体充分吸收也会降低灵敏度。检测电容器与前置放大级间用高频电缆连接，接头处应保持清洁干燥，以保证对检测电容器的外壳有1019欧姆以上的绝缘电阻。检测器是整台仪器的心脏，要特别小心爱护，不得拆动密封部位。 第25页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二(2)气室：气室为管形结构，其长度随产品规格不同而不同。一般气室用合金铜管制成，内壁光洁度高并镀以黄金。特殊情况下，气室则用不锈钢制成。对于测量光

20、合作用的农用红外线气体分析仪，参比气室也接上进出气管，参比气室和工作气室 可同时通气使用。气室的窗口材料都是氟化钙晶片，对于密封的参比室和滤波室是不可拆的，工作气室采用垫圈将晶片压紧密封，拧开螺盖，可将晶片卸下，以清除气室内污物。使用过程中（特别是拆装后）要经常注意检查工作气室和接管处的气密性。气室用两件压片固紧在支架上，松开压片螺丝可将拟定取下或调整位置。平时要把气室进出口关口，防止小虫与灰尘进入。 第26页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二 (3)光源：FQ-W红外线气体分析仪光源的发光体选用直径0.5mm的镍铬丝，绕成螺旋体，通7V稳压交流电，功率约21W，光源体温

21、度约730。镍铬丝外用石英管保护。由一个平面反光镜和两个斜面反光镜将红外光分为能量基本相等的两束平行光入射气室。光源的窗口材料是氟化钙晶片。当发现光路或反射镜污染时，可以拧下螺丝，取下反射镜，用干净丝绸和无水酒精抹去污物。 第27页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二(4)参比电机和同步电机：参比电机是一个四极交流发电机，由一个四极磁钢转子和四组定子绕组组成。同步电机的转速为3.24周/秒、参比电机的转子和切光片同轴，由同步电机带动。参比电机发生6.48周/秒，电压约6.57V的交流电讯号，这个讯号与放大器的最后输出信号同频率，并加在相敏整流电桥上作同步半波整流。参比电讯号

22、的相位可以用相位旋钮来调节。第28页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二(5)调零装置：调零装置是一块由蜗轮带动的偏心板，装在主箱体内的左上角。用手旋动蜗杆，可使偏心板遮盖参比气室上方的部分红外光，在调零时调节蜗杆使进入左右检测室的两束红外光能量相等。配合光对旋钮建立仪器的零点。在仪器工作过程中校对零点时，不须打开箱门，只要按下并转动箱门左上角的旋转轴，即可旋动蜗杆，进行零点调整。 第29页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二(6)校正装置：校正装置主要是一个铜环，其径向上有一铜丝。当仪器调好零点后，校正装置动作时，铜环进入工作气室上方，铜丝遮住了一部分

23、红外光，这时仪器有一指示值，此值是在仪器校准后定下来的，并写在仪器的出厂技术数据表上，称为“灵敏度值”。“灵敏度值”作为一个“模拟的标准气体”提供用户调整和检查校正仪器的刻度时使用。第30页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二(7)光对称旋钮：调节切光片与光源孔的相对位置，使切光片对称切割二束红外光。第31页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二(8)相位旋钮：与参比电机定子相连，转动相位旋钮可调节参比电机定子与切光片的相对位置，使放大器输出讯号与参比电机输出的参比电压信号同相位。 第32页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二(9)其它

24、：主箱体内还装有前置放大级和气样进出口以及吹洗气进出口等。 第33页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二2.电子部分： 电子部分包括电源稳定器和电子放大器。 (1)电源稳定器 是磁饱和稳压器，电压稳定度1%，输入电压允许变动范围165245伏。输出电压为220伏。 (2)电子放大器 是一个高输入阻抗的超低频选频放大器。由前置级、四级三极放大。具有良好的稳定性和较低的噪音。其线路图参考仪器说明书。 (3)放大器面板 共有四个开关和2个电位器（图7），各开关和电位器的作用分别如下：图7 放大器面板名称 1.指示表 2.指示灯 3.电源开关 4.同步电机开关 5.作用开关 6.步

25、进开关 7.二次表调电位器 8.增益微调电位器 9.讯号检查孔 第34页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二电源开关：它是电子放大器和光源的总开关，在电源稳压器正常工作后，才应打开。打开电源开关，面板指示灯亮，光源体发出红光，电子管加热。 同步电机开关：它操纵同步电机启动，带动参比电子转子与转光片旋转，控制讯号产生。 步进开关：用来改变放大器的放大倍数，可用来转换仪器量程。量程共分1、2、3、4、5、6共六档，由6只电阻组成一个倍增分压器。由低档（如2）换向高档（如3）时，每进一档，放大器的放大倍数增加一倍，指示表的刻度（也即量程）缩小一半。图7 放大器面板名称 1.指示表

26、 2.指示灯 3.电源开关 4.同步电机开关 5.作用开关 6.步进开关 7.二次表调电位器 8.增益微调电位器 9.讯号检查孔第35页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二 作用开关：是用来检查、调整和选择仪器的工作状态的。设、C三档。 作用开关至档时，指示表串联于前置级的阴极回路上，其指示值为阴极电流，这数值在出厂技术数据表上标明，它对于检查检测电容器的绝缘性能和前置工作状态是很重要的。在调整与检查仪器时，首先要把作用开关至档。图7 放大器面板名称 1.指示表 2.指示灯 3.电源开关 4.同步电机开关 5.作用开关 6.步进开关 7.二次表调电位器 8.增益微调电位器

27、9.讯号检查孔 第36页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二作用开关置档时，放大器的输出信号经全波整流后输入指示表回路中，此时断开参比电机，只有放大器本身输出的讯号送入桥式整流器作全波整流用。 档的作用：检查放大器的工作状态，检查和调整光能的对称程度。当零位及光同步均调好时，检测器无讯号输入放大器，放大器也就没有电流输给安培表，调整“调零旋钮”及“光同步旋钮”可使表接近零。 调零旋钮调节表头为零时，并不是仪器真正零点，因为当两束光不同时为切光片所切断和打开，即使能量相等，由于光束进入检测器的两个检测室有先后，薄膜仍有振动，档仍有指示，只有光对称同步时，检测电容器才处于完全静

28、止。因此档可检查光对称性。第37页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二作用开关置C档时，输出整流电路加入了参比电压，通过对检测器经放大后的信号进行半波相敏输出，指示出待测气体浓度，因此C档是正常测量时的工作档。在测量时使用。 图7 放大器面板名称 1.指示表 2.指示灯 3.电源开关 4.同步电机开关 5.作用开关 6.步进开关 7.二次表调电位器 8.增益微调电位器 9.讯号检查孔 第38页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二增益微调： 是放大器放大倍数的微调，配合步进开关对仪表作刻度校准用。 二次表调电位器： 调节二次记录仪表跟红外仪的刻度同步。 图

29、7 放大器面板名称 1.指示表 2.指示灯 3.电源开关 4.同步电机开关 5.作用开关 6.步进开关 7.二次表调电位器 8.增益微调电位器 9.讯号检查孔 第39页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二二 、电路连接电路连接法见图8，仪器由单相220V网络供电，经稳压器再与放大器连接，各部分之间各有专用电缆和插头，安装时可按插头上的标志对号入座。 图8 FQ-红外仪电路连接示意图 第40页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二三 、仪器的调整与使用调整好仪器是使用好仪器的重要条件。一台完好的仪器，由于失调，会影响到仪器的稳定性和准确度，甚至无法使用。在通

30、电通气前，应检查分析部分各部件及相互位置是否正常。 接通磁饱和稳压器电源，指示灯亮后，再接通面板的“电源”开关。这时可把作用开关置于档，步时开关置任何一档来进行预机。一般常量机预热8小时，微量机12小时。 在预机后，把作用开关置于C档, 可向工作气室通“零气”和标准浓度的气体,开启同步电机开关和记录仪标定灵敏度。 以后便可测定样气的浓度 。第41页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二第三节 红外线CO2气体分析仪在植物生理学中的应用 红外线气体分析仪应用十分广泛。例如： 在工业生产中可用来监控冶金、热处理、合成氨等工艺流程中的CO2、CO、CH4、NH3、SO2的浓度；测定

31、钢及其它合金中的含C量；检查水煤气中的CO2、CO、SO2等物质含量；污水中的总烃量；汽车废气的成分。 在农业生产方面被用于果蔬仓库、森林、田间的不同冠层中CO2浓度分析；塑料大棚及温室中的CO2施肥的浓度自动控制。 在植物生理学研究中，常用红外线 CO2气体分析仪进行植物光合速率、呼吸速率、光呼吸速率的测定。我们实验室还用于植物体内CO2浓度分析和水稻开颖的监测等。第42页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二一 、红外线C02气体分析仪测定植物CO2代谢的特点1.迅速准确 仪器预热、调试之后，只要将分析仪器与装有植物的同化室相连，通气后，可在051min之内，测定一个植物

32、样品的C02代谢量。第43页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二2.方法简便测定时，只需将植物体(叶片、整株、枝条)放于特制的同化室，将同化室中的C02引入分析仪即可，无需将植物材料作切片、捣碎、离体等特殊处理。第44页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二3.整体连续由于不对植物作特殊处理，可保持植株(或材料)的完整与正常的生理状态，其测定结果更具有实践意义。如果把分析仪与自动记录仪相连，还可以在无人操作下，进行较长时间的连续测定，可以获得植物体在一段时间(几小时、几天)内C02代谢的动态变化。第45页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星

33、期二4.智能化仪器以电信号的形式输出，易与微机连接，实现自动化控制。目前较先进的光合测定系统全部实行微机控制，自动控制CO2、光强、温度和空气中的湿度等，进行各种条件下光合速率的测定。国内应用的光合测定系统主要有LI-6400、LCA-4等型号。第46页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二二 、在植物生理学研究中的 应用例 1.光合速率测定 将分析仪和装有植物叶片的同化室按照一定的气路系统连接，在田间或室内以较强的光照射下，以适当气体流量，通气数分钟即可测得植物叶片吸收CO2的量。根据测定时的气体流量、叶室温度、同化CO2的叶片面积，就可计算出叶片的光合速率。光合速率的测定

34、通常有三种气路系统。 （1）封闭系统（2）半封闭系统（3）开放系统第47页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二（1）封闭系统在封闭系统中，从装着叶片或植株的叶室中抽出空气，送入红外分析仪（IRGA），这个分析仪连续记录系统中的CO2浓度（图16），然后空气又从分析仪回到叶室。整个气路成为1个封闭的循环系统。图16封闭系统中空气流程的示意图C叶室；D支路中的干燥器；IRGA红外气体分析仪。P气泵第48页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二如果叶室的叶片正在进行光合作用，那么系统中的CO2浓度将不断下降，直到达到光合作用的CO2补偿点。实际测定时，只允许叶室

35、中CO2浓度比周围空气中的CO2浓度水平下降30mol.mol-1左右。封闭系统内单位时间里的CO2变化量等于CO2同化速率（A），并且可以用下式来确定： C1和C2分别是时间t1和t2时系统中的CO2分压（mol.mol-1）,v是封闭系统的总体积（ml），22.4ml是1mol CO2在标准温（273.13k）、压（101.325Pa）下所占的体积A=第49页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二（2）半封闭系统半封闭系统也称补偿系统，该系统可以使叶室中CO2浓度（Ca）保持恒定，以便测定稳态A。在这个系统中，用IRGA指示系统中的CO2浓度，控制进入系统的CO2流量，使

36、其流入速率正好等于叶片的吸收速率（图17）。图17 半封闭系统中空气流程的示意图C.叶室；D.支路中的干燥器；F.热质流量计及其控制器；G.压缩CO2气瓶；IRGA.红外气体分析仪；P.气泵。叶室中叶片的光合作用引起CO2浓度的下降，IRGA测定这一变化并打开控制器，记下流经这个系统的CO2数量（F）。第50页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二实际的控制是，当进行光合的叶片消耗掉CO2时，IRGA测到的Ca下降启动系统中的CO2供应部件，使其供应速率刚好能保持系统Ca的恒定。式中，f0为进入系统的CO2摩尔流速（mol.s-1）,s为封闭在系统中的叶面积（m2）。A=第5

37、1页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二（3）开放系统在开放系统中气流流过系统（图18）。用IRGA测量同化室入口（Ce）和出口（C0）之间CO2摩尔分数值之差。用气泵（P）把外面的空气引进这个系统，然后进入配气系统（AC），以便控制湿度和气体浓度。气流进入参比室和几个叶室。每个叶室都由各自的质量流量计和流速控制器（F）控制。来自每个叶室（C）空气进入一个样品选择器（S）让来自每个叶室的空气依次进入一个差分红外分析仪（IRGA）。这些仪器通过参比（r）气流比较测出流过叶片的空气水汽和CO2浓度变化。一般这种系统收集的大量资料送入一个资料贮存器（D）。 图18 具有多叶室的开

38、发系统中空气流程示意图第52页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二如果空气进入IRGA之前不作干燥处理，则必须考虑水汽对CO2通量的影响。空气流经叶片时水汽含量的增加会从个方面影响上式中A的计算。 如果空气进入IRGA之前作过干燥处理，A可按以下公式计算：A=第53页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二2.光补偿点测定将植物放在同化室内，以由高到低的不同光照强度处理，并分别测定在各光照强度下的CO2变化量。当测得某一光强下进出同化室内C02的浓度不变(即植物呼吸释放的CO2和光合作用吸收的C02相等)时，此时的光强即为待测材料的光补偿点。第54页，共65

39、页，2022年，5月20日，17点41分，星期二3.光饱和点测定将植物置同化室内，由低到高变化光照强度，并分别测定该植物的光合速率。起初植物的光合速率随光强的提高而增高，但当光强提高到某一高强度时，光合速率不再增高，如果再提高，则光合速率不变，甚至下降，那么达到最大光合速率时最低的光照强度即为该植物的光饱和点。第55页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二4.CO2补偿点测定将植物叶片置同化室内，同化室与分析仪连成封闭气路。以饱和光强照射同化室内的叶片。叶片因光合作用会使封闭体系中的C02浓度降至C02补偿点，当体系中C02浓度不变时，也就是叶片的呼吸作用释放C02的量与光合

40、作用吸收的C02量相等时，则此时仪器指示的C02浓度即为该植物的C02补偿点(见实验2)。也可将植物材料放在一透光的密闭容器里，让其进行光合作用，使密闭容器中的C02浓度降至C02补偿点，然后用针筒抽取密闭容器中的气体，将此样气输入C02分析仪测定C02浓度，样气的C02浓度即为植物材料的C02补偿点。第56页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二5.光呼吸速率测定植物的光呼吸是绿色细胞在光下吸收氧气和释放CO2的反应。用红外线CO2气体分析仪测定植物叶片光呼吸速率通常有以下几种方法： (1)测定断光瞬间的CO2猝发量； (2)测定光下向无CO2气流中CO2释放量； (3)外

41、推CO2一光合曲线，求算CO2浓度为零时光合速率； (4)测定低氧下表观光合的促进量(见实验2)。 其中测定较为方便，且应用得最多的是测定光下叶片向无CO2气流中CO2释放量。第57页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二6.田间光合速率测定一般携带式分析仪均可直接在田间获得测定结果。应用FQ-W型红外仪测定田间作物的光合速率，必须采用大气采样器和无缝塑料袋，从田间植物体取得样气(经过待测植物同化C02后的气体)和对照气(未经过植物同化C02的气体)，带入室内测定两者C02浓度的差值。根据C02浓度的差值、参与光合的面积、气流速度以及田间气温再计算光合速率。第58页，共65页，2022年，5月20日，17点41分，星期二7.测定植物的呼吸速率将待测植物放置在叶室中，对叶室遮光，用红外线CO2气体分析仪测定进出叶室气体的C02浓度的差值，根据此C02浓度的差值、气体流量、室内温度和植物叶片面积或植物材料的重量来计算呼吸速率