專利名稱：如用于天然水生環(huán)境的光譜和時間激光熒光分析的制作方法
如用于天然水生環(huán)境的光譜和時間激光熒光分析優(yōu)先權(quán)的要求本專利申請要求于2009年12月4日提交的題為“使用光譜反卷積和激光受激發(fā)射的誘導(dǎo)對熒光水生成分的分析”(代理人案號2413. 116PRV)Chekalyuk美國臨時專利申請?zhí)?1/266，756的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)的聲明本發(fā)明在下列基金的資助下由政府支持完成得自NSF的基金號0CE-07-24561 (海洋技術(shù)和多學(xué)科協(xié)作項目(Ocean Technology and InterdisciplinaryCoordination Program))，得自NASA的基金號NNX07AN44G (海洋生物學(xué)和生物地球化學(xué) 項目(Ocean Biology and Biogeochemistry program)),以及得自 N0AA/UNH 的基金號NA03N0S4190195 (海岸和河口環(huán)境技術(shù)合作學(xué)會(Cooperative Institute for Coastaland Estuarine Environmental Technology))。政府在本發(fā)明中具有特定權(quán)益。背景天然水生環(huán)境(aquatic environment),如包括海洋、河口或淡水的突光分析可以基于如響應(yīng)于激光、LED、氙閃光燈或其他熒光激發(fā)源的水發(fā)射的測量。熒光分析可以被用以重新獲取關(guān)于水體或樣品中的熒光成分的信息。例如，葉綠素-a(Chl-a)和輔助藻膽蛋白(PBP)色素的體內(nèi)熒光可以廣泛用作浮游植物生物量的指標(biāo)，并且可以提供用于混合海藻種群的結(jié)構(gòu)或光合-生理表征的有用信息。寬帶有色溶解有機(jī)物質(zhì)(CDOM)熒光發(fā)射可以被用以評價CDOM豐度，或用以評價CDOM的定性特征。天然水的主動激發(fā)發(fā)射存在顯著的光譜復(fù)雜性。這可以由水下拉曼(WR)散射和水生成分(aquatic constituent)的突光帶之間的重疊引起。大部分可商購的現(xiàn)場突光計使用寬譜激發(fā)源和相對窄的能帶發(fā)射檢測，并且通常不能提供足夠的光譜分辨率以確保光譜復(fù)雜的天然水的熒光成分的可靠評價。水發(fā)射的光譜測量可以例如使用多個光激發(fā)源進(jìn)行，其中至少ー個激發(fā)源可以具有不同于其他源的波長。如可以在多個波長范圍內(nèi)檢測熒光和吸光度特征。Hull等，在題為“用于測量樣品的光學(xué)性質(zhì)的光學(xué)器件及其相關(guān)方法(OPTICAL DEVICE FOR MEASURINGOPTICAL PROPERTIES OF A SAMPLE AND METHOD RELATING THERETO) ”的美國專利號7，209，223中提到檢測發(fā)射波長的連續(xù)、寬帶光譜，以及用以解釋連續(xù)熒光發(fā)射光譜的信號解釋系統(tǒng)。Kolber等在題為“多協(xié)議熒光計和方法(MULTIPLE PROTOCOL FLU0R0METER ANDMETHOD) ”的美國專利號6，121，053中提到測量光譜-分辨的可變熒光分量，以及浮游植物和其他植物的功能和光學(xué)特征。水發(fā)射的時間-分辨測量可以例如使用光源、截止濾波器和光檢測器進(jìn)行。Schrieber等，在題為“用于檢測和測量熒光發(fā)射的裝置(APPARATUS FOR DETECTING ANDMEASURING FLUORESCENCE EMISSION) ”的美國專利號4，084, 905中提到檢測和測量熒光的時間進(jìn)程，包括使用初始熒光產(chǎn)額以測量葉綠素濃度。概述高級激光熒光計可以提供對包含溶解的顆粒物質(zhì)的液體的激光受激發(fā)射(LSE)的光譜反卷積(SDC)分析。在一個實例中，液體可以包括包含熒光成分的天然水樣品。如在405或532nm處的激光激發(fā)可以被用于液體或水生成分等中的葉綠素_a、藻紅蛋白和有色溶解有機(jī)物質(zhì)(CDOM)的評價。高級激光熒光計(ALF)儀器可以獲得來自水樣品的LSE的光譜-分辨測量和來自相同的水樣品的LSE誘導(dǎo)的時間-分辨測量。ALF可以被用以計算水樣品中的ー種或多種熒光物質(zhì)的特征，如定量或生理特征。在一個實例中，計算熒光物質(zhì)的特征可以包括使用來自光譜-分辨測量或時間-分辨測量之一的信息調(diào)整光譜-分辨測量或時間-分辨測量中的另ー個。天然的水環(huán)境，如包括海洋、河口或淡水的活性熒光分析可以基于來自水的LSE的測量，如重新獲取關(guān)于原位熒光成分的定性和定量信息。例如，Chl-a和PBP色素的體內(nèi)熒光可以被用作浮游植物生物量的指標(biāo)并且可以提供用于混合海藻種群的結(jié)構(gòu)或光 合-生理表征的有用信息。寬帶CDOM熒光發(fā)射可以被用于CDOM豐度的評價及其定性表征。液體的主動激發(fā)發(fā)射可以存在顯著的光譜復(fù)雜性。在包括一定的水體積的ー個實例中，光譜復(fù)雜性可以歸因于水下拉曼(WR)散射和與多種水生成分相關(guān)的熒光帶之間的重疊。在解釋熒光測量中不考慮光譜復(fù)雜性可以導(dǎo)致嚴(yán)重的問題，并且會損害熒光評價的精度。為解決這個問題，ー種方式可以是(i)使用藍(lán)色和緑色窄帶激光激發(fā)以選擇性地激發(fā)成分熒光并且簡化重疊的光譜圖樣，(ii)進(jìn)行激光受激發(fā)射(LSE)的寬帶光譜測量，以及(iii)使用LSE特征的光譜反卷積分析以從它們的重疊光譜圖樣重新獲取關(guān)于水生熒光成分的信息。這些原理中的ー些，如多波長LSE激發(fā)或?qū)拵Ч庾V檢測，可以在如船載或機(jī)載激光氟傳感器中實現(xiàn)。盡管如此，大多數(shù)可商購的現(xiàn)場熒光計使用寬譜熒光激發(fā)，并且不能提供充分的光譜分辨率以確保對光譜復(fù)雜的天然水中的熒光成分的可靠評價。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，尤其是，所要解決的問題可以包括提高使用液體的光譜-分辨的或時間-分辨的活性熒光測量分析液體中熒光成分的精度，如提供對液體成分或它們的生理狀態(tài)的定量或定性評價。在一個實例中，本主題可以提供該問題的解決方案，如使用以新的現(xiàn)場儀器即高級激光突光計(Advanced Laser Fluorometer, ALF)中實現(xiàn)的高級激光熒光計方法和測量技木。ALF儀器可能夠進(jìn)行浮游植物的快速、寬帶、流通(flow-through)LSE光譜測量或光合-生理評價。已經(jīng)開發(fā)了ー種分析技術(shù)，光譜反卷積(SDC)并且與ALF儀器集成在一起。SDC技術(shù)可以允許關(guān)鍵液體成分，如CD0M、Chl-a或PBP色素等的實時評價或表征。這種實時評價或表征可以在寬范圍的環(huán)境中進(jìn)行，包括天然水生環(huán)境。SDC分析可以與對于SDC-重新獲取的非葉綠素背景熒光Bnc修正的可變熒光Fv/Fm的測量相結(jié)合，以改進(jìn)光合作用微生物的光合-生理評價。ALF儀器可以是可以提供走航式流通測量或離散樣品分析的便攜式儀器，如在一個或多個不同的船只或固定的底座中(參見，例如，圖IA和1B)。在多樣化的水類型中，如在大西洋或太平洋、切薩皮克(Chesapeake)、特拉華(Delaware)或蒙特里(Monterey)灣中，或者在數(shù)個河口和河流中部署ALF，掲示了天然水的顯著的光譜復(fù)雜性，這可以使用本文描述的寬帶SDC分析來進(jìn)行分析。例如，在大西洋和太平洋、切薩皮克、特拉華和蒙特里灣中部署的ALF掲示了 LSE的顯著的光譜復(fù)雜性。檢測到葉綠素_a熒光峰673_685nm中的顯著可變性。在多樣化水類型中觀察到葉綠素_a濃度與歸ー化至水下拉曼散射的熒光之間的高度相關(guān)(R2 = O. 93)。在405nm激發(fā)的LSE中檢測到四個未識別的紅色帶，峰值在615、625、644和662nm。在各種水中觀察到Bnc/葉綠素_a比率上的顯著的可變性。給出了由離散樣品分析匯集的Fv/Fm的ALF光譜修正、水平可變性的走航式船載測量以及垂直分布的實例?，F(xiàn)場部署已經(jīng)證明了 ALF技術(shù)作為用于研究和觀察的集成工具的效用。本文描述的SDC分析技術(shù)至少部分基于實驗室和現(xiàn)場測量而開發(fā)。這些可以被用以從LSE特征重新獲取液體成分的單個譜帶用于它們的定性和定量評價，并且可以提供與SDC獲取結(jié)合的對可變熒光測量的光譜修正。初步實驗性現(xiàn)場測量已經(jīng)證實了 ALF/SDC分析套件作為用于研究和生物環(huán)境監(jiān)控的信息集成工具的效用。該概述意圖提供本專利申請的主題的概述。它不意圖提供本發(fā)明的排他性或窮舉性說明。詳細(xì)說明被包括以提供關(guān)于本專利申請的進(jìn)一歩信息。

附圖簡述在不一定按比例繪制的附圖中，相同的數(shù)字可以描述不同視圖中的類似部件。具有不同字母下標(biāo)的相同數(shù)字可以表示類似部件的不同實例。附圖通過舉例的方式但不是通過限制的方式大體地圖示了本文件中討論的各個實施方案。圖IA大體地圖示被配置用于實驗室樣品分析的高級激光熒光計(ALF)。圖IB大體地圖示被配置用于摩托艇艇載流通走航測量的高級激光熒光計(ALF)。圖2大體地圖示ALF儀器的框圖。圖3大體地圖示ALF取樣系統(tǒng)的可能設(shè)計。圖4A大體地圖示用于用藍(lán)色激光激發(fā)測量的天然水的LSE特征的光譜反卷積的基本光譜分量。圖4B大體地圖示用于用綠色激光激發(fā)測量的天然水的LSE特征的光譜反卷積的基本光譜分量。圖5A、5B、5C、5D、5E和5F大體地圖示用藍(lán)色激光激發(fā)在多樣化水類型中測量到的LSEv光譜中的可變性。圖6A、6B、6C、6D、6E和6F大體地圖示用綠色激光激發(fā)在多樣化水類型中測量到的
LSEg光譜中的可變性。圖7A大體地圖示在中大西洋灣、切薩皮克和特拉華灣，以及在SoughSlough河口(俄勒岡)和約克河(維吉尼亞)中進(jìn)行的Ichw/熒光參數(shù)的SDC重新獲取值和總Chl-a的HPLC測量值之間的相關(guān)性。圖7B大體地圖示分別在特拉華灣和相鄰的海岸和中大西洋灣的金海海域中用藍(lán)色和綠色激光激發(fā)測量到的CDOM熒光的Iaxw/和Im_g參數(shù)之間的相關(guān)性。圖8A、8B、8C和8D大體地圖示使用分別用于隱芽植物和藍(lán)細(xì)菌的類胡羅卜素生物標(biāo)志物，異黃素和玉米黃質(zhì)的ALF和獨立的HPLC測量通過SDC LSE分析重新獲取的群特異性PE光譜指標(biāo)之間的相關(guān)性。圖9A大體地圖示在特拉華河中的八個測點處的對INMhla，即非Chl-a背景發(fā)射與LSEv光譜中Chl-a熒光的實際強(qiáng)度的比率的SDC重新獲取的實例。圖9B大體地圖示通過在測點4處的ALF儀器測量到的熒光誘導(dǎo)FPDP(t)。圖9C大體地圖示從測量的誘導(dǎo)曲線減去背景發(fā)射。圖IOA和IOB圖示船載走航式ALF測量的實例。圖IlA和IlB大體地圖示從ALF樣品測量中重新獲取的真光層中熒光參數(shù)的垂直分布的實例。


圖12A和12B大體地圖不使用從突光誘導(dǎo)的時間測量重新獲取的關(guān)于可變突光的光合-生理數(shù)據(jù)提高對Chl-a濃度的體內(nèi)光譜熒光評價的精度的實例。圖13大體地圖示可以包括使用來自光譜-分辨測量的信息來改進(jìn)基于時間-分辨測量的評價的實例。圖14大體地圖示可以包括使用來自時間-分辨測量的信息來改進(jìn)基于光譜-分辨測量的評價的實例。圖15大體地圖示可以包括獲得水生成分的濃度的實例。

詳述本文件描述了，尤其是，可以結(jié)合激光受激發(fā)射(LSE)的光譜和時間分辨測量的，諸如用于液體中包含熒光成分的溶解的顆粒物質(zhì)的表征的高級激光熒光計(ALF)。LSE光譜測量的光譜反卷積(SDC)分析可以精確地重新獲取關(guān)于單個熒光帶的信息，如可以歸因于葉綠素-a (Chl-a)、藻膽蛋白(PBP)色素或有色溶解有機(jī)物質(zhì)(CDOM)等的熒光帯。改進(jìn)的對光合作用生物體的生理評價可以使用SDC分析和時間LSE測量來評價用SDC-重新獲取的背景熒光修正的可變熒光?；贚SE光譜測量的對Chl-a濃度的熒光評價可以使用來自時間測量的光合-生理信息進(jìn)行改迸。對PBP色素、CDOM和其他熒光成分的定量評價，以及光合作用種群的基本結(jié)構(gòu)表征，可以使用LSE光譜測量的SDC分析進(jìn)行。材料和程序的實例高級激光熒光計圖2圖示ALF儀器配置的實例的圖。紫色或藍(lán)色激光211 (例如，405nm處50mW ；Power Technology)或綠色激光 212 (例如，532nm 處 50mW ;World Star Tech)的發(fā)射可以備選地，如經(jīng)由偏轉(zhuǎn)反射鏡(steering mirror)M1240和M2241在(如可以通過玻璃測量池MC 250(例如，RF-1010-f, Spectrocell)泵送的)水樣品中定向。在一個實例中，分色鏡M3242和M4243(例如，430ASP和505ALP，Omega Optical)可以被用以將激光光束反射回測量池MC 250，如以增加信號強(qiáng)度。LSE可以，如用透鏡L1244(例如，f = 25mm;25mm直徑)收集。所收集的LSE可以通過準(zhǔn)直透鏡和O. 6mm光學(xué)纖維引導(dǎo)至可以被配置為測量LSE光譜，如在380-808nm范圍(例如，2048像素)內(nèi)的分光計210 (例如，BTClll，B&WTek，Inc.)的入口狹縫。在一個實例中，分光計210可以包括第一測量電路，如可以被配置為獲得LSE的光譜測量。在一個實例中，分光計210可以包括第二測量電路，如可以被配置為獲得LSE誘導(dǎo)的時間測量。在一個實例中，長通和陷波濾波器Fl和F2246(例如，420ALP，Omega Optical,以及RNF-532.0，CVI Laser)可以用于減少所分析的LSE光譜中激光誘導(dǎo)的彈性散射。為進(jìn)行來自所分析的水的發(fā)射的時間-分辨測量，一次或多次激光閃光可以被用以激發(fā)樣品。發(fā)射可以使用集光和濾光光學(xué)器件、光傳感器和波形數(shù)字轉(zhuǎn)換器來測量。在一個實例中，如Chl-a熒光誘導(dǎo)的時間-泵浦-探測(I3DP)測量可以用405nm激光的200 μ s PDP閃光激發(fā)，其可以如以5Hz重復(fù)頻率進(jìn)行TTL-調(diào)制?？梢詫⒓す膺m當(dāng)?shù)鼐劢乖谒畼悠分腥绱_保在單次周轉(zhuǎn)(single-turnover)內(nèi)出現(xiàn)Chl_a突光誘導(dǎo)，即，亞100 μ s時標(biāo)。樣品流動速率如IOOml/分鐘可以有助于提高或確保用單次PDP激光閃光測定低光適應(yīng)性浮游植物細(xì)胞。在一個實例中，用于時間-分辨測量的傳感器可以包括LSE收集系統(tǒng)，如透鏡L2245 (例如，f = 25mm; 25mm直徑)，帶通干涉濾波器F3247 (例如，685. 0-10-75，Intor)，和光電倍增管傳感器，PMT 234(例如，H7710-02，Hamamatsu)，以及波形數(shù)字轉(zhuǎn)換器235如20MHz 12位示波器USB板(例如，3224，Pico Technology) 0在一個實例中，波形數(shù)字轉(zhuǎn)換器235可以包括可以被配置為獲得LSE的時間-分辨測量的第二測量電路。圖3圖示ALF取樣系統(tǒng)的實例的圖。在一個實例中，ALF取樣系統(tǒng)可以被用以提供流通測量，如使用外部(例如，來自船載水取樣系統(tǒng)以進(jìn)行走航測量)和內(nèi)部(例如，用于離散樣品分析)泵送兩者使所分析的水通過測量池。在一個實例中，三個自鎖式水接頭，如進(jìn)水接頭361、出水接頭1362以及出水接頭2363(例如，PLCD16004B5，Colder Products),可以諸如經(jīng)由管，諸如硅膠管(例如，Nalgene 8060-0030)提供取樣水的流入和流出(參見，例如，圖IB的104、105、124、125處)。在走航測量過程中，如使用連接至艇128的走航測量裝置130，通過船載取樣泵221供應(yīng)的水流可以通過進(jìn)水接頭，如進(jìn)水接頭361，至測量池MC250的底部中。在進(jìn)行測量之后，水可以通過至排放接頭，如出水接頭1362，如經(jīng)由用 于從密封的儀器箱排熱的具有風(fēng)扇的散熱器364(例如,HWLabs)。外部取樣泵,如電池供電的蠕動泵121 (例如，MasterFlex 07571-00，Cole-Parmer ;參見圖1B)，可以用于小艇上的ALF部署。在一個實例中，ALF儀器可以被用于流通走航式船載測量，在固定的環(huán)境(例如，船塢、橋墩、平臺等)處監(jiān)控或用于離散樣品分析。在后一種情況中，樣品瓶可以連接至進(jìn)水接頭361 (參見，例如，圖3)。ALF儀器內(nèi)的儀器泵，如小型隔膜泵(例如，NFll KPDCjKNFNeuberger),可以提供水流,如通過測量池MC 250,至樣品排放接頭，出水接頭2363。水可以排出至水槽或送回至樣品瓶用于樣品循環(huán)。樣品瓶103，如100-500ml的暗色玻璃瓶(例如，141-0500，I-Chem)，可以用于測量。多功能USB控制板233 (例如，U12，Labjack，參見圖2)可以被用以控制并對接多個儀器部件。激光器211、212和泵221可以經(jīng)由USB控制板233的輸出控制；經(jīng)由USB控制器233的輸出控制的繼電器電源開關(guān)236(例如，70M-0DC5，Grayhill)也可以用于將泵221打開或關(guān)閉。PMT 234增益可以經(jīng)由USB控制板233控制。另外的傳感器，如為監(jiān)控儀器箱內(nèi)部的溫度的溫度傳感器(例如，EI1022，LabJack)可以連接至USB控制板233的輸入。外部或內(nèi)部計算機(jī)，計算機(jī)101,如加固型筆記本計算機(jī)(例如,Toughbook 52, Panasonic)可以與USB控制板233、分光計210和數(shù)字轉(zhuǎn)換器235通信，如經(jīng)由USB連接線和USB集線器232，如在ALF儀器內(nèi)部。在一個實例中，計算機(jī)101可以包括處理器電路，如可以連接至第一或第二測量電路。在一個實例中，處理器電路可以被配置為使用來自第一或第二測量電路的信息計算或記錄水樣中熒光成分的特征?？梢詫⑿⌒虶PS系統(tǒng)231 (例如，具有GA29天線的76S，Garmin)通信連接至計算機(jī)101，并且可以將其配置用于在船載走航測量過程中使用，如以提供可以與記錄的測量數(shù)據(jù)一起儲存的時間或位置信息。在一個實例中，ALF儀器部件可以使用通過內(nèi)部或外部AC適配器或可充電電池提供的14-19VDC電源提供動力。例如，與ALF儀器一起被封裝在，例如，防水Pelican箱中的160VAH電池(例如,PowerPad, 160Electrovaya)可以被用于小艇上(參見圖1B)或固定的底座中(參見圖1A)的大約4. 5小時的測量。在一個實例中，ALF操作軟件可以被配置為使用得自National Instruments的LabView儀器控制軟件包，以及其他儀器控制軟件包。每個測量循環(huán)可以包括三個連續(xù)的子循環(huán)，如以測量⑴用藍(lán)色或紫色(例如，405nm)激發(fā)的LSEv光譜，(ii)用綠色(例如，532nm)激發(fā)的LSEg光譜，以及(iii)在405nm激發(fā)的熒光誘導(dǎo)。(上標(biāo)“v”和“g”在這里以及下面分別表示紫色/藍(lán)色和綠色激發(fā))。在一個實例中，操作者可以預(yù)置LSE光譜積分時間(典型地，0. 3至3s)、PMT增益、PDP光化閃光的持續(xù)時間和它們的重復(fù)頻率，以及采集的次數(shù)(例如，5-25次)，如用以平均熒光誘導(dǎo)，如用以最優(yōu)化測量過程中取樣的體積，以及光譜S/N比。ALF測量循環(huán)的持續(xù)時間可以在，如5-25秒的范圍內(nèi)變化。測量參數(shù)可以根據(jù)信號可變性自動調(diào)整；可以分析SDC和PDP數(shù)據(jù)并實時顯示(在船載測量過程中與GPS數(shù)據(jù)一起)，并且與GPS數(shù)據(jù)以及可以用于存檔或數(shù)據(jù)分析的截屏一起儲存在計算機(jī)上。離散樣品測量可以開始于測量池MC 250用取樣的水使用ALF泵221自動填充。測量池MC 250可以經(jīng)由⑶OM和Chl-a熒光的時間進(jìn)程來監(jiān)控。在一個實例中，具體的樣品測量可以包括5至15個測量循環(huán)。光譜反卷積分暈ALF LSE光譜測量的SDC分析可以基于歸因于液體樣品中突光成分的離散光譜分量的線性幅值定標(biāo)。液體樣品可以包括天然水、丙酮或甲醇，以及其他物質(zhì)。SDC分析可以被 用以提供對由選定光譜范圍中LSE特征的離散光譜分量之和得到的光譜的最佳擬合。在一個實例中，一組SDC光譜分量{EU)}可以從在實驗室中和現(xiàn)場條件下測量的LSE光譜獲得，并且對于分光計光譜靈敏度進(jìn)行修正。PeakFit軟件(例如,得自SeaSolve Software,Inc.)可以被用于實現(xiàn)LSE光譜反卷積以重新獲取基本光譜分量的解析近似，如使用皮爾遜IV函數(shù)(Pearson’ s IV function)來描述成分發(fā)射帶的不對稱光譜形狀
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a^I 2a, IV = J=__J_L__^^_-__
Zf 2 ％
V 4 3 j其中a(l、B1, a2、a3和a4分別是表示皮爾遜IV帶的振幅、中心、寬度、形狀i和形狀2的參數(shù)。在一個實例中，在SDC步驟中可以包括15個基本的離散光譜分量(參見，例如，圖4A、4B，和表I)，如以解釋現(xiàn)場觀察到的LSE光譜可變性。在一個實例中4/4和￡/’$0〇分量，如表示彈性和拉曼散射如水下拉曼(WR)散射的SDC分量，可以從水樣的ALF LSE測量值用它們各自的譜帶的解析參數(shù)化，如使用PeakFit軟件，來重新獲取。在一個實例中，WR散射可以使用數(shù)個皮爾遜IV分量近似化以解釋其復(fù)雜的譜形。在一個實例中，⑶OM熒光分量可以從經(jīng)由0. 2 iim過濾器(例如Supor brand)過濾以移除顆粒物質(zhì)的來自特拉華河的水樣的LSE光譜取得。在一個實例中，拉曼和彈性散射分量可以被適當(dāng)?shù)乜s放并從濾液的LSEv和LSEg特征中數(shù)字式地減去從而將殘留的CDOM熒光光譜參數(shù)化。在一個實例中，可以分析一組實驗室生長的浮游植物和藍(lán)細(xì)菌培養(yǎng)物的LSE特征，如用以得到可以描述現(xiàn)場測量中觀察到的藻紅蛋白(PE)和Chl-a熒光中的光譜可變性的數(shù)個光譜分量(參見，例如，圖5A-5F，和6A-6F，以及本文件的評價部分中的相關(guān)討論)。這種培養(yǎng)物可以保持在，例如，LI培養(yǎng)基中并稀釋至接近于在天然水中存在的濃度的濃度。在一個實例中，Ec2和Ee2SDC分量(\ 4±分別等于679和693nm)可以從赤潮腰鞭毛蟲項圈亞歷山大藻(Alexandrium Monilatum)的LSEv光譜經(jīng)由數(shù)字式地減去⑶OM背景突光并通過PeakFit SDC分析和殘留部分的參數(shù)化而重新獲取。在一個實例中，多樣化水類型中測量到的LSE光譜的SDC分析可以顯示這些分量可以被用以描述在680-685nm范圍內(nèi)的大部分光譜可變性，Chl-a熒光峰典型地位于680-685nm范圍內(nèi)。盡管如此，在腰鞭毛蟲水華的過程中的數(shù)個ALF現(xiàn)場部署已經(jīng)指示出在673-677nm范圍中可以發(fā)現(xiàn)的Chl_a熒光峰中顯著的短波長位移(參見，例如，圖6B，以及本文件的評定部分中的相關(guān)討論)。Ea分量(入673. 4nm)可以被包括在SDC組中以檢測并量化短波長Chl_a熒光可變性。在一個實例中，Ea分量可以經(jīng)由在腰鞭毛蟲Prorocentrum Scutellum的實驗室生長培養(yǎng)物中檢測到的Chl-a熒光的強(qiáng)短波長肩部的PeakFit參數(shù)化得到，如可以用冷的過濾的海水稀釋以誘導(dǎo)可能的由峰波長位移表示的生理反應(yīng)。在一個實例中，三個另外的譜帶Epei、EPE2和Epe3可以被包括在分量的SDC組中以解決PE熒光中的光譜可變性，其可以提供用于分辨和評價混合光養(yǎng)種群中的藍(lán)細(xì)菌和含有PBP的真核隱芽植物的潛在可能性。在具體的實例中，EpeiSDC分量(例如，入i大=565nm) 可以被用于具有高藻尿后膽色素/藻膽紅素(PUB/PEB)比率的含I型PE的藍(lán)細(xì)菌的表征，這使得它們更好的適合于高透明度藍(lán)色大洋水中的聚光。Epe2分量(例如，\ 578nm)可以被用于含有低PUB/PEB 2型PE的藍(lán)細(xì)菌的檢測，其在淡綠色大陸架和大陸斜坡水中具有優(yōu)勢，如具有升高的⑶OM和藍(lán)光的相對高的衰減。Epe3分量(例如，\ 589nm)可以被用于含有PE545的隱芽植物的評價，如在海岸、海灣和河口環(huán)境中其可以是豐富的，如通過我們最近的ALF部署所顯示的。在一個實例中，PE SDC分量可以經(jīng)由含有相應(yīng)的PE光譜類型的藍(lán)細(xì)菌和隱芽植物的實驗室生長培養(yǎng)物的LSEg光譜的PeakFit SDC分析得到。在具體的實例中，聚球藻屬(Synechococcus sp.)的WH8102藻株(例如，CCMP2370，Provasoli-Guillard培養(yǎng)物保藏中心)和從彭沙科拉灣(Pensacola Bay)分離的單細(xì)胞富PE聚球藻(Synechococcus)型藍(lán)細(xì)菌可以分別被用以得到Epei和Epe2分量。在一個實例中，隱芽植物紅胞藻屬(Rhodomonas sp.) 768的突光分析可以被用以取得Epe3分量。在一個實例中，與主要的最大數(shù)一起，如可以通過PeakFit分析檢測到的PE熒光的長波長振動肩可以作為附加的皮爾遜IV子峰被包括在PE分量光譜中(參見，例如，表2)以改善LSEg特征的光譜復(fù)雜的黃色-紅色部分中的SDC精度(參見，例如，圖6D-F)。雖然大部分的分量可以歸因于具體水生成分的熒光或散射帶，光譜的紅色部分中現(xiàn)場檢測到的數(shù)個發(fā)射帶的來源仍有待識別。在一個實例中，在SDC分量組中可以包括三個光譜分量EK1、EK2和Ek3 ( X最大分別等于625、644和662nm)，以解決觀察到的LSE可變性并提供其定量和分析。在一個實例中，可以從殘留光譜中重新獲取紅色SDC分量的譜形，如其可以經(jīng)由從含有未識別的紅色譜帶的LSEv特征中數(shù)字式地減去已知的重疊SDC分量從而構(gòu)成。用于SDC步驟中使用的光譜分量的皮爾遜參數(shù)Bt^apaya3和a4的大小在表2中給出。對于每個分量的峰歸一化的光譜分布可以使用皮爾遜函數(shù)(或者如果在表2中對于分量列出數(shù)列皮爾遜參數(shù)，則為函數(shù)之和)用自變量X= A計算。這里，\是以nm計的光譜波長，例如，532nm或651nm。LSEx光譜的SDC分析在一個實例中，LSEv光譜的SDC處理可以包括以下步驟Iv.可以將測量到的LSEv特征用分光計光譜靈敏度修正并歸一化至其峰值，以產(chǎn)生縮小至SDC基本分量的歸一化振幅的LSEvnU )特征，如最小化SDC最佳擬合迭代的次數(shù)。
2v.表I中所列出的9個光譜分量之和FitvU)可以用一組定標(biāo)幅值系數(shù)(scaling amplitude coefficient) {vj 來計算FitvO) = V1E/( A ) v2Eev (入)+v3ECD0Mv (A) +V4Eci ( A ) +V5Ec2 ( A ) +V6Ec3 ( A ) +(I)V7Eei (入)+V8Ee2 (入)+V9Ee3 (入)其中入表示光譜波長?？梢愿淖兌?biāo)系數(shù)(scaling coefficient)的大小直至擬合光譜范圍中Fitv與LSEvn之間的殘差平方和被最小化。對于ALF LSEv測量，在一個實例中，擬合范圍可以包括兩個光譜子范圍，如423nm至515nm，和550nm至700nm，其中關(guān)鍵水生成分的發(fā)射峰位于LSEv光譜中(參見，例如，圖5A-5F)?？梢詫SEv特征的初始(例如，380-423nm)和中間的綠色(例如，515_550nm)部分從SDC分析排除，此處ALF分光計210 的Fl和F2濾光器246具有高光學(xué)密度。在一個實例中，也可以將NIR部分(700_808nm)排除，因為NIR降低分光計靈敏度。3v.重新獲取的定標(biāo)幅值系數(shù)的值可以被用以計算LSEvn特征的SDC分量，如可以通過ALF軟件與LSEvn和LSEvs^光譜一起顯示在LSEv光譜面板的圖示中，以可視化最佳擬合的結(jié)果(例如，參見圖5A-5F)S/ (入)=V1Erv (入)SEV ( A ) = v2Eey (入)Fcdom (入)一V3Ecdom (入)Fciv (入)=V4Eci (入)Fc2vU) =V5Ec2U) (2)FC3v (A) = V6Ec3 (入)FkivU) =V7Eki(入)FE2v (入)=V8Ee3 (入)FE3v (入)=V9Ee3 (入)在一個實例中，SDC ALF算法可以整合FC1V (入)、FC2V (入)和FC3V ( A )光譜分量，如合成LSEvn光譜的Chl-a熒光分量Fchlav (A)= V4Eci (入)+V5Ec2 (入)+V6Ec3 (入)(3)Vchla =最大(Fchl:(入))其中Vchla是FchlavU )峰幅度。FchlavU )合成可以解釋現(xiàn)場中觀察到的Chl-a熒光中的光譜可變性(參見，例如，圖5A-5F)。在一個實例中，如下所述，也可以確定Fchlav ( A )峰的波長、Chiav以評價Chl-a熒光中的光譜可變性和可變熒光的光譜修正。4v.用于LSEv光譜分量的一組相關(guān)參數(shù)可以被計算為Ichla/E — vChlavlIcDOM/E — V3V1IE1/EV = V7V1-1(4)IE2/EV = V8V1-1I_v = V9V1-1這些參數(shù)可以表示對歸一化至WRv的LSEv光譜做出貢獻(xiàn)的成分熒光帶的信號強(qiáng)度。它們可以被用于主要熒光成分，如Chl-a或CDOM的定量評價(參見，例如，圖7A和7B)或用于LSEv譜形的參數(shù)化，其可以用通過方程(4)確定的一組五個相關(guān)參數(shù)描述。圖15大體地圖示獲得熒光成分的定量評價的實例，其可以包括水生成分，如Chl-a的濃度。在1512處，可以如使用ALF儀器獲得LSE光譜測量。在1514，可以進(jìn)行LSE光譜的SDC分析，如從測量到的歸因于離散水生成分的單個光譜帶反卷積。在一個實例中，SDC分析可以產(chǎn)生歸因于Chl-a的突光強(qiáng)度的大小，以及其他水生成分的突光強(qiáng)度的大小。在1518，可以計算熒光的強(qiáng)度，諸如可以歸因于熒光成分的熒光的強(qiáng)度，與WR散射的強(qiáng)度的比率。在一個實例中，可以如使用方程(4)，計算數(shù)個比率。在一個實例中，方程(4)中的一組相關(guān)熒光參數(shù)可以被用以提供液體樣品中成分特異的濃度的定量評價，如水樣中單個熒光成分的濃度的絕對測量值。在1552，可以獲得水生成分的濃度。在一個實例中，單個熒光成分的濃度可以通 過將歸一化至WR散射的成分特異的熒光帶的強(qiáng)度(S卩，使用方程(4)確定的相關(guān)參數(shù))乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)確定，如可以從歸一化至WR散射的成分特異的熒光帶的強(qiáng)度與成分特異的濃度的獨立測量值的曲線圖中的回歸線獲得。例如，圖7A大體地圖示如何可以獲得這種轉(zhuǎn)換系數(shù)的實例。指示歸一化至WR散射的Chl-a熒光強(qiáng)度的相對無量綱量Iaw/可以沿橫軸繪圖。如可以使用例如HPLC獲得的Chl-a熒光強(qiáng)度的獨立測量值可以沿橫軸繪圖。在圖7A的一個實例中，可以確定回歸線，并且可以獲得轉(zhuǎn)換系數(shù)4. 40。轉(zhuǎn)換系數(shù)可以被用以將相對無量綱量Iaw/轉(zhuǎn)換為熒光濃度的絕對量(例如，以mg HT3計)。在一個實例中，轉(zhuǎn)換系數(shù)可以在使用ALF儀器和一組含有光合作用微生物的暗適應(yīng)的液體樣品的校準(zhǔn)步驟過程中獲得。在一個實例中，Iehla/Kv，雖然是相對無量綱量，可以用作Chl-a濃度的有用指標(biāo)，其中可以將其與使用ALF技術(shù)和平臺的多種儀器裝置進(jìn)行的其他Iaw/測量比較，包括自動無人駕駛車輛和機(jī)載或衛(wèi)星遙感測量。下面描述Chl-a濃度的熒光評價精度上的進(jìn)一步提聞。LSEfi光譜的SDC分析LSEg光譜的SDC分析可以類似于LSEv SDC分析，盡管在SDC步驟中可以包括三個附加分量以解釋用綠色激光激發(fā)，如使用綠色激光212有效激發(fā)的PE熒光中的光譜可變性。在一個實例中，LSEg光譜的SDC處理可以包括以下步驟Ig.測量到的LSE4_征可以用分光計光譜靈敏度修正并歸一化至其峰以產(chǎn)生LSEgn(A)特征。2g.用一組定標(biāo)幅值系數(shù){gi}來計算FitgU),即表I中所列出的12個光譜分量之和FitgO) = giERg( A ) g2EEg ( A ) +g3ECD0Mg (A) +g4Ecl ( A ) +g5EC2 ( A ) +g6EC3 (入)(5)g7ER1 (入)+g8ER2 (入)+g9ER3 (A) +SiqEpei (入)+ShEpe2 (入)+guEpo (入)其中\(zhòng)是光譜波長?？梢宰兓?biāo)系數(shù)的大小直至在SDC擬合的光譜范圍，如光譜范圍544nm至700nm中，LSEgw合與LSEgn之間的殘差平方和最小化，其中關(guān)鍵水生成分的發(fā)射峰可以位于LSEg光譜中(參見，例如，圖6)。3g.重新獲取的定標(biāo)系數(shù)的值可以被用以計算LSEgn特征的SDC分量，如可以通過ALF軟件與LSEgn和LSEgs^光譜一起顯示在LSEg光譜面板的圖示中，以可視化最佳擬合的結(jié)果(例如，參見圖6A-6F)SRg(A) = glERg(A)；SEg ( A ) = g2SEg (入)Fcdom8 (入)=g3ECD0Mg (入)FcigO ) = g4Ecl (入)FC2g (A)= g5EC2 ( A ) Fc3gO ) = g6EC3 (入)FE1g ( A ) = g7ER1 ( A )(6)Fk2sO ) = g8EK3(入)FE3g (入)=g9ER3 (入)Fpei8 (入)=g10EPE1 (入)FPE2g(入)=gnEPE2(入) FPE3g (X) = g12EPE3 (入)在一個實例中，SDC ALF算法可以整合Fclg (入)、Fc28 (入)和Fc/ ( A )光譜分量，如用以合成FchlagU )，LSEgn光譜的Chl-a熒光分量，或用以在確定FchlagU )峰幅度gchla中使用Fchlag (入)=g4Ecl ( A ) +g5EC2 ( A ) +g6EC3 (入)(7)gchia =最大 U(入))也可以確定FchlagU)峰的波長Xai/以評價Chl-a熒光中的光譜可變性。FpmgU)和Fpe2sU)帶的SDC重新獲取值分別可以被用于含2型和I型PE的藍(lán)細(xì)菌的區(qū)分和評價。此外，也可以產(chǎn)生整合的合成的藍(lán)細(xì)菌PE熒光帶Fpe12sU)及其峰幅度gPE12用于含PE的藍(lán)細(xì)菌種群的整體評價Fpe128 (A) = g10EPE1 ( A ) +gnEPE2 ( A )(8)gPE12 =最大(Fpe12sU))這些參數(shù)可以被用以檢查與在藍(lán)細(xì)菌菌群內(nèi)無法區(qū)分的高效液相色譜(HPLC)和其他分析之間的關(guān)系。4g.用于LSEg光譜分量的一組相關(guān)參數(shù)計算為Ichla//(入)—SchlaglIcdom/r8 一 S3S1IEi/Es— g7giIE2/Eg= gggr1I_g= gggr1(9)Ipei/eS— SioSiIpE2/RS — S11S1IpE3/RS— S12S1這些參數(shù)可以表示對LSEg特征的形成做出貢獻(xiàn)的主要熒光帶的WRg歸一化的峰信號強(qiáng)度。與從LSEv SDC分析重新獲取的參數(shù)類似，它們可以被用于主要熒光成分，如Chl-a、PE或CDOM的定量評價，或者用于LSEg譜形的參數(shù)化，其可以用一組，例如，八個相關(guān)參數(shù)描述，如可以使用方程(9)確定。也可以計算，可以為浮游植物和藍(lán)細(xì)菌的混合種群的結(jié)構(gòu)表征提供可用指標(biāo)的多個附加參數(shù)(參見，例如，圖8A-8D)IpE12/Chla — SpE12SchlIpEl/Chla — SioSchlIpE2/Chla — SllSchl(工。)IpE3/Chla — Sl2SchlIpEl/PE2 — SioSii 對可變熒光的時間重新獲取值的光譜修IH由光系統(tǒng)II(PSII)的反應(yīng)中心的逐漸關(guān)閉引起的Chl-a熒光誘導(dǎo)，以適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)通量在單次PSII周轉(zhuǎn)時標(biāo)(例如，40-100 iis)內(nèi)出現(xiàn)?？勺儫晒獾膮?shù)、PSII光化學(xué)的量子產(chǎn)額的替代參數(shù)和光合作用生物體的光合-生理狀態(tài)的handy指標(biāo)可以從PDP誘導(dǎo)測量值重新獲取。具體地，使用ALF儀器中采用的PDP激發(fā)方案測量的Chl-a熒光誘導(dǎo)Fehla (t)可以近似為Fchla (t) = (Fm L (Fm 1H70 Oexp (_t/A)) 1(11)其中，F(xiàn)。和Fm分別表示Chl-a熒光的初始和最大強(qiáng)度，并且A表示時間常數(shù)。用方程(11)非線性最佳擬合測量到的Chl-a熒光誘導(dǎo)產(chǎn)生可變熒光的參數(shù)和A?？勺儫晒獾拇笮】梢杂嬎銥樨?Fm= (Fm-Ftj)A^在一個實例中，可變熒光的大小可以被用以解釋葉綠素_a熒光的量子產(chǎn)額的生理可變性。在一個實例中，可變熒光的大小可以被用作光合作用生物體的生理狀態(tài)的定量量度，并且該定量量度可以被用以調(diào)整葉綠素_a熒光的強(qiáng)度測量值，如可以使用LSE的SDC分析獲得的強(qiáng)度測量值。在一個實例中，在天然水中測量到的熒光誘導(dǎo)可以用非Chl-a背景發(fā)射Bn。修正，所述背景發(fā)射如可以通過Chl-a熒光峰的區(qū)域中的寬帶⑶OM熒光產(chǎn)生(例如，圖5F)。升高水平的脫鎂葉綠素也可以影響可變熒光的測量。天然水中存在的其他成分在該光譜區(qū)域中也可以對Bic有貢獻(xiàn)(例如，參見圖5B、5C、5E和OT)。在Chl-a熒光誘導(dǎo)的過程中Bnc大小保持不變，因為它與由光化閃光激發(fā)的PSII狀態(tài)的動態(tài)變化不相關(guān)。不解釋Bn。背景可能導(dǎo)致使誘導(dǎo)曲線變平和低估可變熒光，即使在具有低CDOM含量的近海大洋水中這也可能明顯的。測量可變熒光的大多數(shù)熒光計不擁有用于區(qū)分Chl-a熒光與Bic的足夠的光譜分辨率。一種方式可以是使用空白和濾液的定期測量值以解決該問題。比該方式更好的是在連續(xù)走航式流通測量的過程中每小時使用濾液熒光的自動測定。雖然它可以部分地改善Fv/Fffl評價，可變熒光重新獲取值可以用在相同的水樣中測量到的Bn。背景修正以解釋Bn。空間和時間的可變性。同樣，在天然水中存在的溶解的顆粒有機(jī)物質(zhì)兩者都可以對Bn。背景有貢獻(xiàn)，而濾液測量值僅說明溶解的組分?？梢元毺氐亟Y(jié)合取樣液體的光譜和時間分辨的LSE測量兩者的ALF儀器可以被用以計算取樣液體中熒光物質(zhì)的特征，如使用來自光譜或時間測量中的一個的信息以調(diào)整光譜或時間測量中的另一個。例如，關(guān)于水生成分的定量信息(如可以由光譜分辨測量獲得的)可以被用以改進(jìn)對浮游植物的光合-生理狀態(tài)(如可以由時間分辨測量獲得的)的評價。在一個實例中，生理信息，如從時間分辨測量獲得的信息，可以被用以改進(jìn)定量評價，如對從光譜分辨測量獲得的水樣中的Chl-a濃度的評價。在一個實例中，取樣水的光譜和時間分辨的LSE測量的結(jié)合可以被用以計算熒光物質(zhì)的特征，如葉綠素_a濃度。在一個實例中，包括處理器電路的計算機(jī)101可以被用以進(jìn)行熒光物質(zhì)的特征的計算。在一個實例中，ALF儀器可以提供從誘導(dǎo)測量中重新獲取實際的Chl-a熒光信號及其光譜識別的潛在可能性，而與Bic來源和大小無關(guān)。因為時間和光譜測量可以以以數(shù)秒的延遲在取樣水的連續(xù)流中進(jìn)行，光譜和時間分辨測量可以代表相同的被分析的水并且可以直接相關(guān)聯(lián)。在一個實例中，光譜測量可以包括LSEvn光譜中非Chl-a熒光背景的強(qiáng)度，其可以經(jīng)由從Chl-a峰周圍的LSEvn光譜強(qiáng)度LSEvnU chlav)減去SDC-重新獲取的Chl_a熒光的光譜峰幅度Vehla來評價(參見，例如，方程(3))。用于評價非Chl-a背景與Vehla幅度的比率的INC/aia參數(shù)因此可以從LSEv的SDC光譜分析如下進(jìn)行計算INC/Chla = LSEvn ( Achl；) Vchla-F1(12)INC/Chla光譜重新獲取值可以用于用非Chl-a背景發(fā)射的修正熒光誘導(dǎo)的時間測量以改進(jìn)浮游植物可變熒光的光合-生理評價。通過LSE光譜的SDC分析產(chǎn)生的INe/ehla參數(shù)和熒光誘導(dǎo)中的Bn。大小之間的關(guān)系不是毫無價值的。405nm激光激發(fā)的強(qiáng)度對于測量LSEv光譜和熒光誘導(dǎo)兩者都是相同的。因此，在LSEv光譜采集的過程中(例如，l-3s)，Chl-a熒光展現(xiàn)初始的快速(例如， 50 u s)誘導(dǎo)，緊接著是數(shù)個附加的過渡階段，稱為Kautsky效應(yīng)，以達(dá)到與當(dāng)激發(fā)開啟時的其初始大小大致相等的穩(wěn)態(tài)水平。因此，由SDC LSE分析得到的I1^aia值可以通過Chl-a熒光產(chǎn)率的光譜采集時間長度內(nèi)的平均值來確定。后者可以接近于在測量條件下PDP誘導(dǎo)測量過程中Chl-a產(chǎn)率的平均大小。因此，大致地，Bic背景和Bnc-修正的可變熒光的時間進(jìn)程Fehla(t)可以被估計為(參見，例如，用于示例的圖9B)Bnc= (1+INC/Chia_l) 1 平均(FPDP(t)),和(13)Fchla (t) = Fpdp (t)-Bnc (14)其中Fpdp⑴是時間測量，如通過ALF儀器在Chla-熒光峰的光譜區(qū)域中測量到的熒光誘導(dǎo)的時間進(jìn)程。在時間熒光測量的實時處理過程中可以使用方程13和14以重新獲取修正的Chl-a熒光的誘導(dǎo)曲線，F(xiàn)ehla(t)。用方程(11)的非線性擬合可以提供Bn。-修正的可變熒光Fv/Fm = (Fm-F0) /Fm的大小。為進(jìn)行評估，非光譜修正的可變熒光Fv/FmNe的大小可以從FPDP(t)至方程(11)的擬合結(jié)果計算。在一個實例中，計算機(jī)101，如使用處理器電路的計算機(jī)，可以被配置以進(jìn)行使用方程11-14等的計算。圖13大體地圖示可以包括使用來自光譜-分辨測量的信息以改進(jìn)基于時間-分辨測量的評價的實例。例如，在1310，可以獲得隨時間變化的熒光誘導(dǎo)FPDP(t)，如使用上述的ALF測量系統(tǒng)獲得。FPDP(t)可以代表指示PDP熒光誘導(dǎo)的時間進(jìn)程的波形，如響應(yīng)于水樣的激光激發(fā)的PDP熒光誘導(dǎo)。在1320，LSE的光譜測量可以被用以確定關(guān)于非葉綠素_a背景熒光Bnc的大小的定量信息，如可以存在于葉綠素_a熒光的光譜區(qū)域中Fpdp (t)的時間測量中的非葉綠素_a背景熒光。在一個實例中，Bn?？梢允褂梅匠?2和13計算。在1330，隨時間變化的熒光誘導(dǎo)FPDP(t)的測量可以用背景熒光的影響(如使用非葉綠素-a背景熒光的大小Bn。)修正或調(diào)整。在一個實例中，可以從隨時間變化的熒光誘導(dǎo)的測量值中減去Bn。以產(chǎn)生(如使用方程14)表示Chl-a熒光誘導(dǎo)的時間進(jìn)程的修正波形
Fchla ⑴。在1340，修正波形Faia⑴可以被用以確定可變熒光的一個或多個參數(shù)。例如，通過調(diào)整變量F^Fm和A，方程11可以用以近似Fchla(t)，并且獲得最佳擬合。在一個實例中，備選的生物物理模型，如除方程11之外的模型，可以用以近似？0^(0，并且由此確定可變熒光的參數(shù)。在1350，可變熒光的大小可以，如使用方程Fv/Fm = (Fm-FtjVFm和在1340獲得的可變熒光的參數(shù)計算。在1360，可以使用可變熒光的大小，例如，以提供光合作用生物體的生理狀態(tài)的指示。在一個實例中，可變熒光的大小可以被用以提供水樣中的熒光物質(zhì)的特征，如浮游植物的光合-生理狀態(tài)。因此，使用定量信息，如可以從水樣的光譜測量獲得的定量信息，可以改進(jìn)水生光合作用生物體的生理評價，如可以從水樣的時間-分辨測量獲得的生理評價。使用時間測暈改進(jìn)對色素濃度的光譜重新獲取在一個實例中，由ALF儀器采用的技術(shù)可以提供從光譜測量中重新獲取對更精確的水生成分的定量評價，如對Chl-a濃度的評價的潛在可能性。因為時間和光譜測量可以 在基本上實時(例如，具有數(shù)秒延遲)地在取樣水的連續(xù)流中進(jìn)行，光譜和時間分辨測量可以代表相同的被分析的水并且可以直接相關(guān)聯(lián)。在一個實例中，光譜-修正的可變熒光Fv/Fm的大小，光合作用生物體的光合-生理狀態(tài)的合宜指標(biāo)可以從之前章節(jié)中描述的ALF時間測量中重新獲取。可變熒光信息可以用于，例如，為其量子產(chǎn)額的光合-生理(包括光保護(hù))可變性修正Chl-a熒光的大小。在一個實例中，將Chl-a熒光歸一化至Fv/Fm可以最小化Chl-a熒光強(qiáng)度的光合-生理依賴性對Chl-a濃度評價的精度的不良影響，如可以單獨使用光譜熒光測量所獲得的評價。圖14大體地圖示了可以包括使用來自時間測量的信息以改進(jìn)基于光譜測量的評價的實例。例如，在1412，可以獲得LSE的光譜測量，如使用ALF測量系統(tǒng)。在一個實例中，光譜測量可以是含有來自多種水生成分的LSE光譜信息的寬帶光譜測量。在1414，可以對光譜測量，如在1412獲得的測量，進(jìn)行光譜反卷積(SDC)分析以評價離散的水生成分。例如，SDC可以被用以從LSE特征中重新獲取水生成分的單個譜帶，從而容許水生成分的定性和定量評價。上面討論了可以使用SDC分析重新獲取的一些分量。在1416，可以獲得描述LSE光譜分量的相關(guān)參數(shù)，如使用在1414進(jìn)行的SDC分析。相關(guān)參數(shù)可以包括方程(4)、(9)或(10)等中的比率，其可以表示歸一化至水下拉曼散射的對在1412獲得的光譜測量有貢獻(xiàn)的成分熒光帶的信號強(qiáng)度。在一個實例中，這些比率可以被用以進(jìn)行熒光成分如Chl-a的定量評價。在1450，可以計算可變熒光的大小。例如，可以根據(jù)圖13的實例計算可變熒光的大小?？勺儫晒獾拇笮】梢杂糜?，如在1462，修正從Chl-a熒光的大小的光譜-分辨測量獲得的信息。可變熒光可以被用作用于浮游植物生理可變性的修正因子，如以補(bǔ)償由浮游植物光保護(hù)機(jī)制引起的Chl-a熒光產(chǎn)額的生理調(diào)節(jié)。這種光保護(hù)機(jī)制也可以影響可變熒光的大小。在一個實例中，使用方程⑷或(9)獲得的比率，如Chl-a濃度的Iehla/；^P Iaw/參數(shù)，可以被歸一化至可變熒光的大小以改進(jìn)SDC重新獲取值和色素濃度的獨立HPLC測量值之間的相關(guān)性。在一個實例中，得自時間-分辨測量的生理信息，如關(guān)于可變突光的大小的信息，可以被用以改進(jìn)液體樣品中熒光物質(zhì)的特征的評價，如葉綠素濃度的定量評價，如可以使用光譜-分辨測量獲得。在一些情況下，將葉綠素_a熒光歸一化至可變熒光Fv/Fm的大小可以被用以最小化或消除葉綠素_a熒光強(qiáng)度的光合-生理依賴性或光保護(hù)調(diào)節(jié)對葉綠素_a濃度評價的精度的不良影響，如可以從光譜-分辨測量獲得的評價。因此，使用生理信息，如可以從水樣的時間-分辨測量獲得的生理信息，可以改進(jìn)一些水生成分(如可以從水樣的光譜-分辨測量獲得的色素)的定量評價?，F(xiàn)在參考圖12A的實例，在特拉華(Delaware)和切薩皮克(Chesapeake)灣中的歸一化至拉曼散射的Chl-a熒光的ALF走航式流通光譜測量IaWKv(橫軸)和使用高效液相色譜的Chl-a濃度的獨立測量(縱軸)之間存在差的相關(guān)性(在1280，R2 = 0. 23)。圖12B圖示圖12A中所示的相同數(shù)據(jù)集的實例，但是Chl-a熒光被歸一化至水下拉曼散射和光譜修正的可變熒光大小Fv/Fm，所述光譜修正的可變熒光大小是如圖13中所述從同時的時間熒光誘導(dǎo)測量Fpdp(t)重新獲取的。在圖12B的一個實例中，在生理學(xué)修正的光譜熒光重新獲取值與Chl-a濃度的HPLC測量值之間的相關(guān)性(在1281，R2 = 0. 92)方面有改進(jìn)。因此，圖12A和12B的實例大體地圖示了使用來自時間測量的信息改進(jìn)從光譜測量的重新獲取值，如以改進(jìn)從光譜分辨的熒光測量重新獲取的Chl-a濃度的定量評價的潛在可能性。在一個實例中，歸一化可以提供與Chl-a濃度的HPLC測量的相關(guān)性的改進(jìn)，因為 通常在海岸和河口春季水華期間占支配地位的硅藻類的主要光保護(hù)機(jī)制，玉米黃質(zhì)循環(huán)，影響從集光天線至光系統(tǒng)II反應(yīng)中心的能量轉(zhuǎn)移的效率，在光系統(tǒng)II反應(yīng)中心處發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的并且大部分Chl-a熒光源自該處。可以使用更加精巧的方式，如在更多樣化的水類型中，以改進(jìn)使用從熒光誘導(dǎo)的時間測量中重新獲取的生理信息對色素濃度的光譜評價。測定LSEs光譜可變件上面描述的SDC分析算法的開發(fā)在很大程度上基于一系列ALF現(xiàn)場部署。目標(biāo)是
(i)測試寬范圍的天然水生環(huán)境中的ALF儀器和(ii)開發(fā)將提供從復(fù)雜的重疊LSE光譜圖樣中精確地重新獲取成分發(fā)射帶的簡單但是夠用的SDC程序。區(qū)域上，ALF部署包括大西洋和太平洋的近海和海岸區(qū)域、切薩皮克灣、特拉華灣和蒙特里灣，以及美國東海岸和西海岸的數(shù)個河口和河流。在現(xiàn)場測量期間觀察到的LSEv光譜可變性的一些實例在圖5A-5F中與LSEv特征的SDC分析一起給出。圖例分別將測量到的光譜表示為LSEv,并且將SDC最佳擬合表示為Fitv0如從圖5A-5F顯見的，在大多數(shù)情況下SDC擬合幾乎不能與測量到的光譜相區(qū)分，除了 CDOM熒光峰周圍的一些小偏移之外。在表面近海大洋水中測量到的LSEv特征主要通過WR散射(SKV)、寬帶⑶OM熒光(Fcdqmv)和Chl-a熒光(Fchlav)的重疊帶確定(例如，圖5A ;南加利福尼亞灣，2007年4月)。歸因于在不同的水類型中CDOM含量的顯著變化，觀察到相對于S/峰的至多達(dá)兩個數(shù)量級的Faw/強(qiáng)度的可變性。例如，比較在大洋水(圖5A)、特拉華灣(圖5B)和特拉華河(圖5F)中測量到的LSEv光譜。發(fā)現(xiàn)？_/分量，如可以從特拉華河中的ALF測量中得到的Faw/分量，在所有測量的水類型，包括近海大洋水中，都表現(xiàn)良好，盡管天然水中存在化學(xué)和光譜復(fù)雜性和CDOM的可變性。據(jù)信簡單的單一 CDOM分量Faro/的令人滿意的SDC性能可能歸因于在ALF儀器中使用的405nm相對長波長的激發(fā)。Chl_a熒光是對光譜的紅色部分中LSEv的主要貢獻(xiàn)者。盡管在大部分LSEv特征中Fehlav峰位于680nm附近，但檢測到伴有其譜形變化的峰位的藍(lán)移和紅移兩者，例如677至685nm。通過對EC1、Ec2和EraSDC分量的線性縮放可以相當(dāng)好地表征Chl-a熒光的大部分光譜可變性(參見方程⑶)。與Chl-a熒光一起，可以在ALF現(xiàn)場部署期間LSEv光譜的紅色部分中檢測到三個其他的光譜上不同的發(fā)射帶。在特拉華灣中的走航式ALF測量顯示了在644nm處的強(qiáng)發(fā)射峰，該強(qiáng)發(fā)射峰顯著地超過Chl-a熒光(參見，例如，圖5B)。相似地，雖然沒有那么極端，該光譜圖樣也在欽科蒂格島(Chincoteague Island)附近的中大西洋灣的海岸帶中的走航測量期間觀察到。在特拉華灣的地表水中的ALF走航測量期間檢測到最大值在625nm附近的另一個光譜帶(圖5C)。在ALF走航測量期間在多個位置處的LSEv特征中觀察到峰值在662nm的發(fā)射帶(例如，參見圖OT)。最終，似乎由數(shù)個重疊的發(fā)射帶組成的寬帶紅色發(fā)射，如從610至700nm的范圍內(nèi)，在南加利福尼亞灣、加利福尼亞海流和中大西洋灣中的Chl_a最大處之下的真光層中所取的水樣的LSEv光譜中一致地檢測到(例如，參見圖5E)。EK1、EK2和Ek3SDC光譜分量由LSEv現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到(參見上面)以解釋LSEv特征的紅色部分中觀察到的可變性。如從圖5A-5F顯而易見的，它們不僅很好表征了地表水中檢測到的單個光譜帶(參見，例如，圖5B，5C，并且5D)，而且還很好表征了在從真光層的底部所取的水樣中觀察的寬帶紅色發(fā)射(參見，例如，圖5E)。

以405nm激發(fā)的LSEv光譜中峰值在625、644和662nm處的紅色發(fā)射帶的起源仍有待識別?；谒鼈兊墓庾V位置和特征形狀，它們可以被解釋為PBP色素的熒光。的確，隱芽植物特異的藻紅蛋白PE566具有620nm附近的體內(nèi)發(fā)射峰。藻藍(lán)蛋白，一種藍(lán)細(xì)菌和隱芽植物中存在的輔助PBP色素，的熒光最大值位于642-645nm范圍內(nèi)，而藍(lán)細(xì)菌別藻藍(lán)蛋白的一些光譜形式在662nm附近具有它們的發(fā)射峰。盡管光譜相似，LSEv光譜中紅色熒光的PBP起源似乎是有疑問。的確，LSEg特征的SDC分析沒有檢測到相應(yīng)的紅色熒光，雖然綠色激發(fā)比激發(fā)體內(nèi)PBP發(fā)射中的紫色激發(fā)更有效。同樣，在LSEv光譜中檢測到的紅色發(fā)射與LSEg特征中觀察到的PE熒光之間未發(fā)現(xiàn)顯著的相關(guān)性。據(jù)信在一些LSEv特征中檢測到的紅色發(fā)射可能源自浮游植物的光合成器的功能障礙或降解。尤其是，644nm發(fā)射峰可以歸因于來自集光功能差的復(fù)合物的附屬葉綠素-c(Chl-c)。峰值位于644nm的弱體內(nèi)Chl_c突光來自具有光合作用功能的浮游植物。關(guān)于662nm處的發(fā)射，相似的光譜性質(zhì)可以在衰老的浮游植物培養(yǎng)物的LSE4tl5特征中觀察到，與發(fā)射的假定的光降解起源一致。相似的研究可以被用以識別在現(xiàn)場觀察到的紅色發(fā)射帶。LSEfi光譜可變件天然水的LSEl#征的一些特征性光譜性質(zhì)圖示在圖6A-6F中。盡管它們有顯著的可變性，SDC最佳擬合Fitg良好地再現(xiàn)了測量到的LSEg光譜。WR散射帶，S/在651nm處具有其主最大值(拉曼位移V 3440CHT1)并且是在大部分的LSEg光譜中占支配地位或次要地位的光譜分量。在圖6A中，在LSEg光譜中在583和602nm處也可以看到兩個較低強(qiáng)度的WR帶1600和2200(^'雖然它們的強(qiáng)度僅是651nm處的主拉曼峰的數(shù)個百分點，但它們可以在大洋水中的LSEg圖樣的形成中發(fā)揮重要的作用，其中CDOM和PE熒光通常與這些弱拉曼帶的強(qiáng)度相當(dāng)(參見，例如，圖6A)。如從圖6A-6F顯而易見的，Chl-a熒光可以是對天然水的LSEg光譜的重要貢獻(xiàn)者。在ALF現(xiàn)場測量的過程中觀察到Chl-a熒光帶的位置(例如，673-686nm)和譜形的顯著可變性。例如，在蒙特里灣和相鄰的ElkhornSlough中(參見，例如，圖6B，其中入chlag =673nm)，在下切薩皮克灣和相鄰的約克河中(參見，例如，圖6E，其中入chlag = 676nm)，以及在圣地亞哥的大西洋海岸區(qū)域(其中Xai/ = 675nm)的腰鞭毛蟲水華期間檢測到Chl_a熒光的短波長光譜位移。藍(lán)移與蒙特里灣中觀察到的可變熒光的衰減之間的高線性反相關(guān)性(R2 = 0. 90)提示了光譜位移的潛在生理學(xué)起源。例如，腰鞭毛蟲特異的水溶性多甲藻黃素-葉綠素-蛋白質(zhì)光-集光復(fù)合物(sPCP LHC)在正常功能性PSII中不發(fā)熒光，但是在673-676nm附近具有它們的sPCP特異的Chl_a熒光峰。從sPCP LHC至PSII核心的能量傳遞的效率降低可能導(dǎo)致sPCP Chl-a熒光的出現(xiàn)，伴隨有來自核心的Chl-a熒光的衰退，這可能導(dǎo)致整體Chl-a峰的藍(lán)移。用綠色激發(fā)相對于用紫色激發(fā)藍(lán)移更強(qiáng)的事實與這種假設(shè)一致，因為多甲藻黃素吸收峰位于綠光譜區(qū)域中。Chl-a熒光中的光譜紅移也在ALF現(xiàn)場部署的過程中觀察到。例如，在特拉華河中測量到的LSEv和LSEg光譜兩者中都檢測到峰值在686nm且肩部在692nm處的Chl_a發(fā)射(參見，例如，圖5F和6C)。如從圖5A-5F和6A-6F中給出的SDC實例顯見的，所觀察到的Chl-a熒光中基于現(xiàn)場的光譜可變性可以經(jīng)由EC1、Ec2和Ec3光譜分量的SDC線性縮放而得到相當(dāng)好地表征。光譜可變性的起源可以由藻類的結(jié)構(gòu)和生理學(xué)變化兩者，以及其他因素驅(qū)動。

LSEg特征的區(qū)別特征是在主要由PE和⑶OM熒光帶的重疊所引起的光譜的540-620nm部分中的顯著可變性(參見，例如，圖6A-6F)。ALF/SDC分析通常在多個海岸、河口和淡水中測量到的LSEg光譜的該光譜范圍中檢測到顯著的隱芽植物特異的熒光FPE3g(入最大=589nm)。例如,參見分別在南加利福尼亞灣中和下切薩皮克灣中Point Conception附近測量到的圖6D和6E。也在特拉華灣的上部和中部，在約克河(弗吉尼亞)，以及在SoughSlough河口(俄勒岡)中檢測到顯著的Fpe/熒光。藍(lán)細(xì)菌高PUB/PEB(1型)PE熒光FPE1g(入**= 565nm)在與特拉華灣相鄰的大西洋灣的區(qū)帶中獲得的樣品中的黃色-橙色LSEg區(qū)域中占支配地位(圖6F);類似顯著的，雖然強(qiáng)度較低，F(xiàn)PE1g熒光在中大西洋灣的近海水中(參見圖10中的IPE1/Kg的樣帶分布)和在加利福尼亞海流中一致地檢測到。在海岸、海灣和河口環(huán)境中低PUB/PEB的熒光，藍(lán)細(xì)菌PE的2型光譜形式FPE2g(入最大=578nm)發(fā)現(xiàn)通常伴隨FPE1g和/或FPE3g發(fā)射(參見，例如，圖6E和6F)。它在下切薩皮克灣(圖6E)和夏威夷島的海岸水中在540至620nm之間的LSEg光譜中占支配地位；在下特拉華灣和加利福尼亞的近岸大西洋帶中測量到的LSEg光譜中也發(fā)現(xiàn)顯著的FPE2g發(fā)射。寬帶⑶OM發(fā)射Faro/,雖然與LSEv特征比較相對于WR帶的強(qiáng)度較低，但不僅在河口，而且在所有測量的水類型，包括近海大洋水中，仍然在LSEg光譜的橙色-紅色部分的形成中發(fā)揮了重要的作用。其強(qiáng)度通?？梢耘c海灣和河口水中的PE熒光相當(dāng)(例如，圖6E)，并且可以在大洋(圖6A)和淡水兩者中的PE發(fā)射峰范圍內(nèi)占支配地位。例如，在特拉華河中(圖6C)，在可以解釋為PE熒光的570-620nm范圍內(nèi)約85%的LSE532強(qiáng)度實際通過CDOM發(fā)射形成(通過樣品濾液的光譜測量證實)。在富CDOM水中，即使在需要說明對紅色發(fā)射帶的修正評價的LSEg光譜的紅色部分，如WR散射或Chl-a熒光中，強(qiáng)CDOM熒光可以提供顯著的背景貢獻(xiàn)(圖6C和6E)。LSEg現(xiàn)場測量的SDC分析揭示了歸因于Chl_a、PE和CDOM的WR散射和熒光的SDC光譜分量的線性縮放不能完全說明在LSEg光譜的紅色部分中觀察到的復(fù)雜光譜圖樣。對于顯示強(qiáng)PE熒光的LSEg特征來說，SDC失配尤其明顯，從而表明含PBP的隱芽植物或/和藍(lán)細(xì)菌的顯著豐度。為進(jìn)行評估，原始得自LSEv現(xiàn)場數(shù)據(jù)的三個附加光譜分量EK1、Ee2和Ek3被包括在由方程(5)描述的SDC程序中。這樣做以結(jié)合三個附加紅色光譜帶FK1g、FK2mFK3s的最佳擬合(參見方程出))。SDC分析已經(jīng)顯示對于大部分所勘探的水類型FK1g帶在LSEg形成中發(fā)揮相當(dāng)不顯著的作用；而？^和Fk3sSDC光譜分量提供在多種水中的可變貢獻(xiàn)，相對于651nm處的WR散射、Chl-a和PE熒光的主峰仍然具有次要地位(參見，例如，圖6)。在下切薩皮克灣(圖6E)觀察到的LSEg圖樣構(gòu)成一個例外，因為所有三個紅色發(fā)射帶對LSEg形成提供顯著的貢獻(xiàn)，與WR散射的通常占支配地位的帶S/相當(dāng)。具有PE發(fā)射的群特異性光譜類型的相關(guān)性圖樣提示在含PBP的藍(lán)細(xì)菌和隱芽植物豐富的區(qū)域中FK2g和FK3g SDC重新獲取值可能與藻藍(lán)蛋白和別藻藍(lán)蛋白熒光有關(guān)。SDC重新獲取值的相關(guān)性分析為評價用于水生熒光成分的定量評價的ALF能力，將ALF光譜重新獲取值與HPLC色素分析比較。在ALF現(xiàn)場部署過程中測量的水的類型的范圍內(nèi)，Iaw/和Iaw/ SDC重新獲取值(參見公式4和9)顯示與Chl-a濃度的HPLC評價的高相關(guān)性。例如，圖7A顯示在中大西洋灣、切薩皮克和特拉華灣，在Sough Slough河口(俄勒網(wǎng))和約克河(維吉尼亞) 中進(jìn)行的Iaw/重新獲取值與總Chl-a的HPLC測量值之間的線性相關(guān)性(R2 = 0. 93) 760。對于相同的整合數(shù)據(jù)集觀察到在Iaw/大小與HPLC Chl-a數(shù)據(jù)之間類似的高相關(guān)性(R2 =0. 92)。WR歸一化，以及測量池中激發(fā)和發(fā)射光相對短(< Icm)的路徑，可能提供Chl_a熒光與至多達(dá)20mg m_3的濃度之間相關(guān)性的穩(wěn)健性，盡管該數(shù)據(jù)集內(nèi)存在濁度的顯著可變性(如在約克河中測量到的至多達(dá)10NTU)。假設(shè)在405和532nm激發(fā)的⑶OM熒光源自相同的有機(jī)發(fā)色團(tuán)，ICD0M/EV和Iaxw/大小的比較可以提供對于ALF SDC分析良好的總體測試。的確，⑶OM和WR發(fā)射帶位于LSEv和LSEg光譜的不同部分中并且具有與其他水成分的發(fā)射帶重疊的不同的和可變的光譜圖樣(圖5A-5F和6A-6F)。在光譜復(fù)雜的環(huán)境中，CDOM和WR發(fā)射帶的峰幅度通常僅占它們的峰位處的LSE強(qiáng)度的一小部分(例如，參見圖5B、5C、5F、6A、6B、6C、6E和6F)。盡管如此，相關(guān)性分析在所檢查的多種水類型中一致地得到Iaxw/與Iaroi//重新獲取值之間的高線性相關(guān)性。例如，圖7B顯示了它們對于在特拉華灣和相鄰的中大西洋灣的海岸和近海區(qū)域中測量到的組合數(shù)據(jù)集的相關(guān)性。為評估ALF/SDC用于評價混合光養(yǎng)種群中含PBP的光合作用生物體的潛在可能性，我們分別將群特異的PE光譜指數(shù)的ALF SDC重新獲取值與異黃素和玉米黃質(zhì)(用于隱芽植物和藍(lán)細(xì)菌的類胡羅卜素生物標(biāo)志物)的獨立HPLC測量值進(jìn)行了比較。圖8顯示了對于在南加利福尼亞灣中收集的水樣的相關(guān)性。盡管其大小相對低，但在IPE3/Kg熒光參數(shù)的大小與異黃素濃度(圖8A)之間發(fā)現(xiàn)高線性相關(guān)性，在862處R2 = 0. 77。在IPE1/Kg值與玉米黃質(zhì)濃度之間觀察到相似的線性相關(guān)性，在864處R2 = 0. 78 (圖SC)。據(jù)信這些數(shù)據(jù)證明ALF/SDC重新獲取值提供用于天然水生環(huán)境中隱芽植物和藍(lán)細(xì)菌的檢測、區(qū)分和定量評價的潛在可能性。假設(shè)異黃素、玉米黃質(zhì)和Chl-a濃度分別作為對隱芽植物、藍(lán)細(xì)菌和光合作用微生物的總種群的生物量的替代物，異黃素/Chl-a和玉米黃質(zhì)/Chl-a比率可以被認(rèn)為是用于評價混合光養(yǎng)種群中隱芽植物和藍(lán)細(xì)菌的相對豐度的一階指數(shù)。這些色素指數(shù)和相應(yīng)的熒光參數(shù)之間的關(guān)系的評估可以由SDC LSE分析產(chǎn)生。對于圖8A和SC中顯示的數(shù)據(jù)集，IPE3/Chla對異黃素/Chl-a比率(圖8B)與IPE1/Chla對玉米黃質(zhì)/Chl-a比率(圖8D)之間的相關(guān)性稍低(在863處R2 = 0. 63)，這可以由熒光和HPLC重新獲取值的比率相對于絕對大小的較大誤差來解釋(圖8A和SC)。色素和熒光比率兩者的大小都在數(shù)個百分點的范圍內(nèi)，這也可能影響相關(guān)性。盡管如此，在圖8B和8D中觀察到的趨勢表明了 ALF/SDC技術(shù)用于混合藻類種群的結(jié)構(gòu)分析的潛在可能性。因此,水生成分的突光表征可以包括特征,如水樣中存在的混合光養(yǎng)種群中光合作用微生物的含藻膽蛋白類群的定量評價，如包括種群的基本結(jié)構(gòu)表征。例如，圖8A和SC分別大體地圖示了評價含PE3-和PEl-的隱芽植物和藍(lán)細(xì)菌的實例。LSE光譜測量的SDC分析可以產(chǎn)生群特異的IPE3/Kg和IPE1/Kg熒光參數(shù)的大小，如使用方程(10)。這些熒光參數(shù)可以顯示與相應(yīng)的群特異性色素生物標(biāo)志物的獨立測量值的良好相關(guān)性，所述群特異性色素生物標(biāo)志物被公認(rèn)為這些類群的光合作用微生物的生物量的指標(biāo)。PE群特異性熒光可以是用于定量評價水樣中相應(yīng)的含PBP類群的可用指標(biāo)。Chl-a可以被視作相同的水樣中存在的光合作用生物體的總生物量的指標(biāo)。因此，比率Ipe/ehla可以被用作指示水樣中光合作用生物體的混合種群中含PE類群的相對豐度的指標(biāo)。圖8B和8D大體地圖示了在含有微生物的含PBP類群，隱芽植物和藍(lán)-水藍(lán)細(xì)菌的天然水樣中 光合作用種群的結(jié)構(gòu)表征的實例。在圖8B和8D的實例中，LSE光譜測量的SDC分析可以，如使用方程(10)，得到群特異性PE熒光帶與Chl-a熒光的大小的比率，如
IpE3/Chla 和 I PEl/
Chla0這些熒光參數(shù)可以顯示與它們相應(yīng)的群特異性色素生物標(biāo)志物和Chl-a的濃度的比率的獨立測量值之間令人滿意的相關(guān)性。例如，IPE3/ehla可以被用以指示隱芽植物的相關(guān)種群(參見，例如，圖8C)。在圖8C的實例中，異黃素可以被用作隱芽植物豐度的獨立指標(biāo)。用IPE3/ehlag對異黃素作圖可以得到轉(zhuǎn)換系數(shù)(例如，在圖8C的實例中的I. 12)，如可以被用以將無量綱熒光參數(shù)IPE3/ehlag轉(zhuǎn)換為異黃素/Chl-a比，一種基于普遍接受的單位的指標(biāo)，如異黃素和葉綠素_a濃度。在該實例中，相關(guān)性圖8C可以被用作校正程序?？勺儫晒獾墓庾V修IH如上所述，實時SDC LSEv分析可以產(chǎn)生INC/Chla參數(shù)以評價Chl_a熒光峰的區(qū)域中非Chl-a背景發(fā)射Bn。。然后可以從PDP誘導(dǎo)曲線中減去后者以重新獲取光譜-修正的可變熒光(公式12-14)。ALF現(xiàn)場光譜測量已經(jīng)顯示Bnc和相關(guān)INC/Chla參數(shù)的大小在天然水生環(huán)境中可以展現(xiàn)出顯著的變化。例如，在表面大洋水中INe/aia大小可以從數(shù)個百分點(參見，例如，圖5A)變化至大約百分之25，取決于CDOM與Chl-a熒光強(qiáng)度之間的關(guān)系。非Chl-a紅色熒光帶，如Fk2和/或Fk3，可以在Chl-a熒光峰的光譜范圍內(nèi)提供相當(dāng)?shù)幕虼笥贑DOM的貢獻(xiàn)(分別參見，例如，圖5C和5D)。在富CDOM的淡水或河口環(huán)境中(參見，例如，圖5F)或在真光層的底部(參見，例如，圖5E) INC/Chla大小可以達(dá)到至多50-100%。在后一種情況下，Chl-a熒光的衰減典型地伴有CDOM熒光和其他非Chl-a成分的寬帶紅色發(fā)射的增加(參見，例如，圖5E和圖IlA中ImQM/Kv和IK3/KV的垂直分布)。在極端情況下，非Chl-a紅色背景發(fā)射可以顯著地超過Chl-a和⑶OM熒光的峰幅度(參見，例如，圖5B)?？勺儫晒獾腁LF光譜修正可以被配置為自動考慮所分析的水樣中的可變Bic背景，從而在光譜復(fù)雜的水生環(huán)境中產(chǎn)生對可變熒光的更精確評價。為舉例說明光譜修正的重要性，圖9A和9C圖示對于在新澤西特倫頓和與特拉華灣相鄰的河口之間的特拉華河中取的水樣在用Bnc參數(shù)修正和不修正的情況下計算I_hla大小和Fv/Fm值的比較。如從這些數(shù)據(jù)顯見的，可以出現(xiàn)Fv/Fm大小的至多達(dá)35%的低估，如在渾濁水中由于高⑶OM含量而不進(jìn)行光譜修正的情況下。在圖9C的實例中，在樣帶中部測定4處比較了 Fv/Fm = 0. 29相對Fv/Fm = 0. 45。此外，在浮游植物春季水華期間光譜修正之后觀察到高至0. 65的Fv/Fm值?？勺儫晒獾腁LF光譜修正可以在離散樣品分析期間和在走航式船載測量期間實時自動并且常規(guī)地進(jìn)行(參見，例如，圖10中的光譜修正的^/^樣帶數(shù)據(jù))。ALF系統(tǒng)不需要過濾或樣品的其他處理，并且可以以潛在能夠進(jìn)行寬帶SDC光譜測量的多種儀器配置和設(shè)置來實現(xiàn)，包括原位實施和可變突光的機(jī)載傳感器。ALF樣帶測量在多樣化水類型中部署儀器過程中獲取顯著量的ALF走航式流通測量船載研究船和小艇。為舉例說明ALF/SDC走航分析的分析能力，我們給出了在與特拉華灣相鄰的中大西洋灣的海岸帶中進(jìn)行樣帶測量的實例。SDC-重新獲取的熒光參數(shù)的分布在圖IOB中顯示；主樣帶性質(zhì)用數(shù)字標(biāo)記，以將它們與在圖IOA中的地圖上分別編號的它們的空間位置相聯(lián)系。圖IOB中的箭頭標(biāo)記了在點6與7之間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集上的技術(shù)性中斷。Iaw/值基于圖7A中顯示的線性相關(guān)被轉(zhuǎn)換為Chl-a濃度的單位(圖IOB中的右側(cè)縱軸)。其他ALF變量，包括光譜-修正可變熒光Fv/Fm的大小可以使用圖的左側(cè)軸來評價。Fv/Fm值沿整 個樣帶在0. 3-0. 4的范圍變化，從而顯示浮游植物種群的稍微受抑制的生理狀態(tài)。沿指示浮游植物生物量的海濱中尺度可變性的樣帶檢測到從5至13mg HT3的范圍內(nèi)的七個Chl-a峰。如從分布顯見的，與Chl-a空間圖樣密切相關(guān)的CDOM空間可變性提示在所測量的區(qū)域中的⑶OM的生物學(xué)起源。以IPE3/Kg熒光參數(shù)指示的含PBP隱芽植物與Chl-a的那些相比顯示了十分不一致的和稍微可區(qū)分的空間圖樣，在DB 口中達(dá)到最高濃度(參見圖IOA中的點1、2、4和8)。相反，以IPE1/Kg熒光參數(shù)指示的高PUB/PEB含PE藍(lán)細(xì)菌在點5處的海岸帶中具有它們最高的濃度，在點0、1、2和8周圍具有數(shù)個較小的亞峰。由IPE2/Kg分布表征的低PUB/PEB含PE藍(lán)細(xì)菌顯示與Chl-a良好相關(guān)的空間圖樣；它們在特拉華灣口(點7_8)中豐度最高，并且在樣帶的相鄰部分(點0-2、3-4和6)中也顯示斑駁的結(jié)構(gòu)。連同色素生物量的表征一起，ALF/SDC分析可以說明在測量的區(qū)域中浮游植物和藍(lán)細(xì)菌的混合種群中顯著的結(jié)構(gòu)可變性。沿樣帶原始近海部分未檢測到隱芽植物并且，隱芽植物代表中大西洋灣的海岸帶中相對小部分的光養(yǎng)群落。這由沿除點I周圍的尖峰之外的樣帶各處低于0. 05的IPE3/ehla參數(shù)的大小指示,在點I周圍的尖峰它們達(dá)到0. I (未顯示在圖IOB中)。在南加利福尼亞灣觀察到IPE3/Chla可變性的相似的范圍，并且其對應(yīng)于低于0. I的異黃素/Chl-a比(參見圖8B)。相反，高PUB/PEB含PE藍(lán)細(xì)菌在沿樣帶的近海和原始海岸部分的種群中更豐富，如通過在圖IOB中的點5處達(dá)到0. 16的IPE1/ehla大小所指示，高于在南加利福尼亞灣中觀察到的最高IPE1/aia值一個數(shù)量級(圖8D)。在特拉華灣口中(圖IOB中的點7-8)，它們的分?jǐn)?shù)顯示出IPE1/aia值低于0. 03的非?？焖俚南陆?。在藍(lán)細(xì)菌菌群內(nèi)，高PUB/PEB PE光譜類型在近海水中和圖IOB中的點5周圍占絕對的支配地位，如通過從約2變化至3. 5的
IPE1/PE2 重新獲取值所指示。熒光成分的垂盲分布ALF/SDC套件可以提供地表水中水生成分的船載走航表征，并且它也可以經(jīng)由離散水樣的實驗室和現(xiàn)場分析提供有用的補(bǔ)充信息。使用在近海和海岸大洋水中的不同深度處收集的暗適應(yīng)水樣的ALF分析匯集的熒光成分的垂直分布的兩個實例在圖IlA和IlB中舉例說明。圖IlA和IlB中的上水平標(biāo)尺顯示了基于Iaw/的Chl-a濃度與HPLC色素數(shù)據(jù)的區(qū)域性分析的相關(guān)性。在加利福尼亞海流的近海水中(圖11A)，向光性浮游植物和I型高PUB/PEB藍(lán)細(xì)菌的生物量(分別通過Iaw/和IPE1/Kg大小指示)具有幾乎相同的垂直分布，顯示出它們在上50m中隨深度逐漸積累，之后在75m處快速增加至它們的最大大小，并且在150m處下降至低于它們的最大值的幾個百分點。在來自2和75m的樣品中Chl-a濃度的ALF評價分別為0. 18和0. 48 u g/1。在該位置處未檢測到PE3熒光，指示在浮游植物種群中不存在隱芽植物，這與在加利福尼亞海流的近海水中所觀察到的一致。光譜-修正的可變熒光Fv/Fm從5m深度處的0. 19逐漸地增加至低于Chl-a最大值的95m處的0. 3，并且在150m處通過SDC分析未檢測到光合活性的Chl-a。低的Fv/Fm大小指示浮游植物的大體受抑制的光合-生理狀態(tài)，盡管有Chl-a峰中相對高的Chl-a濃度。由Iaxw/參數(shù)指示的CDOM含量在水柱的上50m中未顯示顯著的變化，在50至150m之間顯示2倍的逐漸增加，并且在150至500m之間 隨深度緩慢增加(未顯示500m樣品的ALF測量)。IE1/E\IE2/EV和IK3/KV大小，它們定量典型地在Chl-a最大值下方觀察到的寬帶紅色熒光(參見，例如，圖5E)，在50-150m處展現(xiàn)出顯著的增加，這與它可能由于降解色素光系統(tǒng)的熒光而引起的上述假設(shè)一致。與CDOM發(fā)射相反，IK1//、Ik2//和IK3//大小的進(jìn)一步逐漸降低典型地在真光層的底部下方觀察到(即，在圖 IlA 中 150-200m 以下)。在Point Conception附近的南加利福尼亞灣的海岸帶中，大部分SDC-重新獲取的熒光參數(shù)在淺得多的深度處達(dá)到它們的峰幅度，例如15-20m(圖11B)。分別檢測到Chl-a濃度的顯著地更高的表面和峰幅度，例如2. 74和7. 18 u g/1。在水樣中觀察到具有至多達(dá)0. 47的隱芽植物特異的參數(shù)IPE3/Kg的峰值的強(qiáng)Fpe3熒光，從而指示該位置處的顯著的隱芽植物豐度(通過HPLC分析證實)。雖然指示藍(lán)細(xì)菌生物量的Ipe12//大小在一定程度上高于近海得到的樣品，低的 0. 03的IPE12/ehla值指示海岸光養(yǎng)種群中相對小部分的藍(lán)細(xì)菌?？勺儫晒獾拇怪狈植糉v/Fm顯示從表面處的0. 3至30m處的0. 38的隨深度的緩慢逐漸升高，之后在51m處下降至0. 2。類似于近海分布，F(xiàn)v/Fffl峰位于比色素生物量的最大值稍深的位置(分別為30m與15m)。與近海測量相反，⑶OM熒光分布Iaxw/更均勻。它在15m處的色素最大值中達(dá)到其峰值，之后在15至50m之間逐漸下降大約30%。峰值在644nm處并且通過Ik2//大小指示的綠色誘導(dǎo)的紅色熒光顯示與通過Ipe3//指示的隱芽植物特異的PE熒光良好相關(guān)的垂直分布。峰值在662nm處并且由IK3/Kg參數(shù)指示的另一個綠色誘導(dǎo)的紅色發(fā)射熒光的垂直分布與藍(lán)細(xì)菌高PUB/PEB PE熒光IPE12/Kg的垂直分布相當(dāng)相關(guān)。觀察到的圖樣提示在LSEg特征中在644nm和662nm附近一致性地檢測到的紅色發(fā)射在這些富PBP海岸水中可以分別與藻藍(lán)蛋白和別藻藍(lán)蛋白的體內(nèi)熒光相關(guān)聯(lián)。討論所描述的ALF/SDC分析套件可以提供新的工具，如用于表征包括天然水的液體中的熒光成分，以及生物環(huán)境監(jiān)測。ALF可以提供用于在空間和時間尺度的范圍內(nèi)的高分辨船載走航測量以及離散樣品分析的小型、簡易便攜式可部署儀器。ALF技術(shù)可以利用與可變熒光的光譜修正測量結(jié)合的選擇性雙波長激光激發(fā)和寬帶LSE光譜檢測。SDC LSE分析允許水生成分的重疊發(fā)射帶的重新獲取和對光合作用生物體的更準(zhǔn)確的光合-生理評價，包括光合作用生物體的生物量和豐度的更準(zhǔn)確的評價。ALF測量提供關(guān)于Chl-a、藻紅蛋白和CDOM熒光的強(qiáng)度和光譜可變性的實時信息。該方式可以帶來改進(jìn)的對色素生物量和CDOM含量的評價，對浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的指示和含PBP的浮游植物和藍(lán)細(xì)菌的定量評價。ALF雙波長紫色/綠色激光激發(fā)可以提供對關(guān)鍵熒光成分，包括⑶0M、Chl-a和PE色素的評價。405nm激發(fā)在CDOM(參見，例如，圖5A-5F)和可變熒光的測定中是有效的，但是因為在紫色光譜范圍中的低PE吸收它并不同樣適合用于PE分析。532nm激發(fā)可以提供有效的PE熒光激發(fā)，但是一般產(chǎn)生更復(fù)雜的LSEg特征(參見，例如，圖6A-6F)。如通過初步現(xiàn)場部署所示的那樣，ALF雙波長激發(fā)還擴(kuò)展了 Chl-a評價的濃度范圍。例如，在約克河中的腰鞭毛蟲水華(> 50mg HT3)和蒙特里灣中的腰鞭毛蟲水華(> IOOmg nT3)的測量的過程中，用405nm激發(fā)測量的Iaw/參數(shù)產(chǎn)生相當(dāng)合理的對Chl_a濃度的評價，其中Iaw/重新獲取值的精度可以在一定程度上有所受損。用于發(fā)射激發(fā)的激光的使用可以提供某些優(yōu)于(如可以在其他現(xiàn)場熒光計中采用的)寬帶發(fā)光二極管或閃光燈的益處。實際上，如從圖5A-5F和6A-6F中的樣品LSE光譜顯而易見的，WR散射是重要的并且通常是占支配地位的LSE光譜分量。用窄帶激光激發(fā)， ALF具有特征性的相對窄的譜帶，這允許其在重疊的LSE光譜圖樣中獲得可靠的SDC檢測和辨別力。寬帶激發(fā)可以導(dǎo)致拉曼光譜帶的相應(yīng)的變寬，因此明顯地使其與成分熒光的區(qū)分復(fù)雜化。將成分熒光歸一化至WR散射可以解釋天然水的高度可變的光學(xué)性質(zhì)并且可以建立可以與通過各種船載和機(jī)載激光氟傳感器采集的數(shù)據(jù)直接比較的設(shè)備。如通過ALF現(xiàn)場測量所示的那樣，多樣化水類型中測量到的LSE特征可以代表通過熒光水生成分的重疊光譜帶形成的復(fù)雜的和高度可變的圖樣(參見，例如，圖5A-5F，并且6A-6F)。因為光譜重疊，在大多數(shù)情況下成分發(fā)射的波長處的光譜強(qiáng)度高估了成分發(fā)射的實際強(qiáng)度。過高估計在已知是光譜復(fù)雜的河口、海灣和淡水中尤其顯著(參見，例如，圖5B、5C、5F、6C和6E)，但是它也可以出現(xiàn)在大洋水中(參見，例如，圖 、5E和6F)。解釋光譜重疊對于PE色素的正確熒光評價(參見，例如，圖6B、6C、6E和6F)和水下拉曼散射(參見，例如，圖5B、5C、5F和6B-F)可能是特別重要的。SDC LSE分析可以允許成分帶的準(zhǔn)確重新獲取，從而提供改進(jìn)的定性和定量成分評價。在船載和機(jī)載激光遙感以及原位激光測量中加入寬帶高光譜LSE SDC分析可以進(jìn)一步改進(jìn)觀測能力并提供關(guān)于空間和時間尺度范圍內(nèi)天然水生環(huán)境的重要信息。天然水的光譜復(fù)雜性的另一方面涉及經(jīng)由可變熒光的測量對光合作用生物體的光合-生理評價的精度。如通過多種水類型中的ALF現(xiàn)場光譜測量所顯示的，由Chl-a熒光的光譜區(qū)域中的CDOM和其他成分產(chǎn)生的背景非Chl-a發(fā)射可以在Chl-a熒光強(qiáng)度的數(shù)個百分點至一百個百分點的范圍內(nèi)變化。不解釋非Chl-a熒光背景可能導(dǎo)致顯著的，如至多達(dá)35-50%，的可變熒光的大小的低估(參見，例如，圖9)。可變熒光的光譜-修正的光合-生理評價是ALF測量和分析方案的另一個獨特特征，其提供對天然水生環(huán)境的改進(jìn)的表征。進(jìn)而，從Chl-a熒光誘導(dǎo)的時間測量重新獲取的關(guān)于光合作用微生物的生理和光保護(hù)狀態(tài)的信息可以被用以顯著地改進(jìn)如上所示的色素濃度的光譜重新獲取值的精度(參見，例如，圖12)。評論本文件描述了，尤其是，(i)設(shè)計能夠在現(xiàn)場進(jìn)行常規(guī)寬帶LSE/PDP測量的穩(wěn)健的小型激光分光熒光計，(ii)獲取代表多樣化液體類型的一組現(xiàn)場觀察值，并且(iii)充分分析實驗室和現(xiàn)場ALF測量值以開發(fā)新的分析算法。通過SDC算法產(chǎn)生的成分熒光參數(shù)可以被轉(zhuǎn)換為普遍接受的單位(例如，成分濃度)，如經(jīng)由一系列實驗室和現(xiàn)場校準(zhǔn)。Chl-a熒光重新獲取值與Chl-a濃度的獨立評價之間的相關(guān)性看起來相當(dāng)好。可以分析可得的現(xiàn)場數(shù)據(jù)集以驗證擴(kuò)大的濃度范圍的相關(guān)性和可能影響熒光重新獲取值的精度的相關(guān)性參數(shù)的區(qū)域/季節(jié)依賴性的穩(wěn)健性。在短時標(biāo)內(nèi)，可以解釋由不同的生理學(xué)光保護(hù)機(jī)制導(dǎo)致的色素?zé)晒猱a(chǎn)率上的晝夜可變性，如以進(jìn)一步改進(jìn)對來自船載走航式流通測量的Chl-a和PBP濃度的評價?？勺儫晒獾腁LF測量可以提供對Chl-a和PBP熒光的LSE光譜分析的重要反饋以解釋色素?zé)晒猱a(chǎn)額上的光合-生理可變性。對Chl-a熒光的光譜可變性的基于現(xiàn)場的觀察可以提供用于測定浮游植物生理學(xué)和功能類群的新手段。在625、644和662nm處檢測到的紅色發(fā)射峰可以被鑒定并解釋以提供關(guān)于天然水生環(huán)境中相關(guān)的復(fù)雜生物地球化學(xué)過程的附加信息。將ALF測量和SDC算法擴(kuò)展至近紫外和紅外光譜范圍可以得到關(guān)于其他熒光成分的有價值信息，如CDOM和細(xì)菌葉綠素的光譜上不同的形式。最后，已經(jīng)在流通儀器中測試和采用的ALF方法和分析方案可以以多種儀器配置和設(shè)置實施，包括原位和機(jī)載激光氟傳感器，以提高我們對于海洋學(xué)觀察和生物環(huán)境監(jiān)控的能力。 表I. SDC光譜分量。分別具有拉曼位移V最大=1660,2200和3440CHT1的水下拉曼散射的三個帶被整合至LSE光譜中表示拉曼散射的一個SDC分量中。單個拉曼峰的光譜位置可以計算為入最大=(入^1-V ;這里，、 ±和、M分別是拉曼散射峰和激發(fā)的波長。
權(quán)利要求
1.一種方法，所述方法包括 使用激光激發(fā)液體，所述液體包含溶解的顆粒物質(zhì)； 獲得來自所述液體的激光受激發(fā)射(LSE)的光譜測量； 獲得來自所述液體的LSE誘導(dǎo)的時間測量； 使用所述光譜測量進(jìn)行光譜反卷積(SDC)分析；并且 確定所述液體中熒光成分的特征，所述確定使用來自所述SDC分析和所述時間測量的信息。
2.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述進(jìn)行光譜反卷積(SDC)分析包括可歸因于所述液體中存在的熒光成分的離散光譜分量的線性幅值定標(biāo)。
3.權(quán)利要求I所述的方法，其中確定熒光成分的特征包括使用來自所述光譜測量或時間測量之一的信息調(diào)整所述光譜測量或時間測量中的另一個。
4.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述激發(fā)所述液體包括激發(fā)水體積，并且其中所述確定熒光成分的特征包括評價所述水體積中的葉綠素_a濃度。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其中所述評價葉綠素-a濃度包括 確定對指示用非葉綠素背景發(fā)射修正的葉綠素_a熒光誘導(dǎo)的波形的最佳擬合方程，所述方程包括表示所述葉綠素?zé)晒獾淖畲髲?qiáng)度、所述葉綠素?zé)晒獾某跏紡?qiáng)度和時間的參數(shù)； 通過從所述葉綠素?zé)晒獾乃鲎畲髲?qiáng)度減去所述葉綠素?zé)晒獾乃龀跏紡?qiáng)度確定可變熒光的大小，并且將結(jié)果歸一化至所述葉綠素?zé)晒獾乃鲎畲髲?qiáng)度；以及 使用所述可變熒光的大小調(diào)整從所述光譜反卷積分析得到的信息。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其中所述使用所述可變熒光的大小調(diào)整從所述光譜反卷積分析得到的信息包括將從所述光譜反卷積分析獲得的信息歸一化至所述可變熒光的大小。
7.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述確定熒光成分的特征包括評價所述液體中的有色溶解有機(jī)物質(zhì)濃度。
8.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述激發(fā)所述液體包括激發(fā)水體積，并且其中所述確定熒光成分的特征包括評價所述水體積中的藻膽蛋白、色素濃度，所述藻膽蛋白包括藻紅蛋白。
9.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述確定熒光成分的特征包括 使用來自所述光譜反卷積分析的信息計算被歸一化至拉曼散射的成分特異的熒光光譜的強(qiáng)度；以及 確定對所述液體中成分特異的濃度的定量評價。
10.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述獲得來自所述液體的LSE誘導(dǎo)的時間測量包括獲得葉綠素_a熒光的光譜區(qū)域中來自所述液體的LSE誘導(dǎo)的時間測量。
11.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述確定熒光成分的特征包括評價所述液體中光合作用微生物的光合-生理狀態(tài)。
12.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述確定熒光成分的特征包括最小化或消除非葉綠素背景發(fā)射的影響以提高基于所述時間測量對浮游植物的光合-生理狀態(tài)的評價精度。
13.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述使用激光激發(fā)所述液體包括使用被配置為以200nm至800nm的波長發(fā)射能量的激光；并且其中所述獲得所述光譜測量包括獲得在響應(yīng)于所述激發(fā)的所述LSE光譜的部分范圍內(nèi)的寬帶光譜測量。
14.權(quán)利要求I所述的方法，其中所述獲得時間測量包括獲得指示葉綠素_a熒光的光譜區(qū)域中LSE的時間進(jìn)程的第一波形。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述確定熒光成分的特征包括 使用生物物理建模函數(shù)確定對第二波形的最佳擬合方程，使用非葉綠素背景發(fā)射的大小調(diào)整所述第一波形來確定所述第二波形； 使用得自所述生物物理建模函數(shù)的一個或多個參數(shù)確定可變熒光的大小；以及使用所述可變熒光的大小和來自所述光譜測量的信息以調(diào)整對從所述光譜反卷積分析重新獲取的葉綠素_a熒光的定量評價。
16.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述確定熒光成分的特征包括 使用所述光譜測量確定所述第一波形中非葉綠素背景發(fā)射的大?。? 確定指示葉綠素_a熒光誘導(dǎo)隨時間變化的第二波形，使用所述非葉綠素背景發(fā)射的大小調(diào)整所述第一波形來確定所述第二波形； 使用所述第二波形確定可變熒光的大?。灰约? 使用所述可變熒光評價浮游植物的光合-生理狀態(tài)。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述確定所述非葉綠素背景發(fā)射的大小包括 使用所述光譜測量確定葉綠素_a熒光峰附近的所述LSE光譜強(qiáng)度； 使用所述光譜測量的光譜反卷積確定葉綠素_a熒光帶的大小； 通過從所述葉綠素_a熒光峰附近的光譜測量的部分減去所述葉綠素_a熒光的大小獲得所述葉綠素_a熒光峰附近的所述光譜測量中所述非葉綠素?zé)晒獾膹?qiáng)度； 計算所述葉綠素_a熒光峰附近的所述光譜測量中所述非葉綠素?zé)晒獾膹?qiáng)度與所述葉綠素_a熒光帶的大小的比率；以及 使用所述比率和所述第二波形確定所述非葉綠素背景發(fā)射的大小。
18.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述使用光譜反卷積確定葉綠素-a熒光帶的大小包括將熒光成分的離散光譜分量的定標(biāo)幅值擬合至所述光譜測量。
19.權(quán)利要求16所述的方法，其中使用所述可變熒光評價浮游植物的光合-生理狀態(tài)包括確定對所述第二波形的最佳擬合方程，所述方程包括表示所述葉綠素?zé)晒獾淖畲髲?qiáng)度、所述葉綠素?zé)晒獾某跏紡?qiáng)度和時間的參數(shù)。
20.權(quán)利要求19所述的方法，所述方法包括通過從所述葉綠素?zé)晒獾淖畲髲?qiáng)度減去所述葉綠素?zé)晒獾某跏紡?qiáng)度確定所述可變熒光的大小，并且將所述結(jié)果歸一化至所述葉綠素?zé)晒獾淖畲髲?qiáng)度。
21.—種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括 激光器，所述激光器被配置為激發(fā)液體； 第一測量電路，所述第一測量電路被配置為獲得來自所述液體的激光受激發(fā)射(LSE)的光譜測量； 第二測量電路，所述第二測量電路被配置為獲得來自所述液體的LSE時間進(jìn)程的時間測量；以及 處理器電路，所述處理器電路被配置為控制所述第一和第二測量電路，并且被配置為使用來自所述光譜測量或時間測量之一的信息調(diào)整所述光譜測量或時間測量中的另一個來計算對所述液體中的熒光物質(zhì)的評價。
22.權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述處理器電路被配置為計算所述液體中的非葉綠素背景熒光以提高所述時間測量的精度。
23.權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述處理器電路被配置為使用從所述第一測量電路接收到的信息進(jìn)行光譜反卷積以確定成分特異的熒光帶的大小，所述光譜反卷積包括將熒光成分的離散光譜分量的定標(biāo)幅值擬合至從所述第一測量電路接收到的信息部分。
24.一種方法，所述方法包括 使用激光激發(fā)水體積，所述水體積包含熒光成分； 獲得來自所述水體積的激光受激發(fā)射(LSE)的光譜測量； 獲得來自所述水體積的LSE誘導(dǎo)的時間測量； 進(jìn)行LSE的光譜反卷積(SDC)分析以評價單個熒光成分，所述熒光成分包括色素和有機(jī)物質(zhì)； 使用來自所述光譜反卷積(SDC)分析的信息計算浮游植物的光合-生理狀態(tài)以提高所述時間測量的精度；以及 使用來自所述光譜反卷積(SDC)分析的信息和所述光合-生理狀態(tài)信息計算色素濃度。
全文摘要
高級激光熒光計(ALF)可以結(jié)合激光受激發(fā)射(LSE)的光譜和時間分辨測量用于液體中包含熒光成分的溶解的顆粒物質(zhì)的表征。LSE光譜測量的光譜反卷積(SDC)分析可以精確地重新獲取關(guān)于單個熒光帶的信息，如可以歸因于葉綠素-a(Chl-a)、藻膽蛋白(PBP)色素或有色溶解有機(jī)物質(zhì)(CDOM)等的熒光帶。改進(jìn)的光合作用生物體的生理評價可以使用SDC分析和時間LSE測量以評價用SDC-重新獲取的背景熒光修正的可變熒光。基于LSE光譜測量對Chl-a濃度的熒光評價可以使用來自時間測量的光合-生理信息來改進(jìn)。PBP色素、CDOM和其他熒光成分的定量評價，以及光合作用種群的基本結(jié)構(gòu)表征，可以使用LSE光譜測量的SDC分析進(jìn)行。
文檔編號G01N21/64GK102753959SQ201080063201
公開日2012年10月24日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者亞歷山大·切卡利尤克 申請人:紐約市哥倫比亞大學(xué)信托人