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水生生物呼吸測(cè)量系統(tǒng)

DAQ系列魚(yú)類與水生生物呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)是由丹麥奧爾堡大學(xué)和哥本哈根大學(xué)研制的世界上***、*為廣泛應(yīng)用的水生生物特別是魚(yú)類呼吸測(cè)量?jī)x器，主要用于魚(yú)類、水生無(wú)脊椎動(dòng)物、魚(yú)卵及其胚胎乃至浮游生物的耗氧量測(cè)量，同時(shí)還可以配置CO2傳感器和PH計(jì)以測(cè)量CO2排放、PH值等，與攝像頭和行為分析軟件配合進(jìn)行軌跡定位記錄等。廣泛應(yīng)用于海洋淡水魚(yú)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(yú)類行為生理生態(tài)、水生動(dòng)物發(fā)育生態(tài)及水族箱等研究。右圖為幼體虹鱒魚(yú)的呼吸代謝測(cè)量，可以看出，在開(kāi)始時(shí)由于處理魚(yú)時(shí)造成的應(yīng)急反應(yīng)，耗氧量很高，隨后即達(dá)到一個(gè)較低的平穩(wěn)水平——相當(dāng)于其基礎(chǔ)代謝率。

1、系統(tǒng)組成及原理

主要包括數(shù)據(jù)采集及分析單元、O2等測(cè)量單元、水環(huán)境控制單元、呼吸室及其它配件或備選件。

DAQ魚(yú)類與水生生物呼吸代謝測(cè)量原理為“間歇式”，集合了“開(kāi)放式”（實(shí)時(shí)測(cè)量）和“封閉式”（測(cè)量簡(jiǎn)單但精度差）的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了開(kāi)放式測(cè)量時(shí)間解析度差、封閉式不能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量等缺點(diǎn)。“間歇式”測(cè)量的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體流經(jīng)傳感器，而水體交換泵可以使周邊水體與呼吸室內(nèi)水體進(jìn)行交換。測(cè)量時(shí)水體交換泵關(guān)閉（呼吸室類似封閉式），然后由計(jì)算機(jī)控制開(kāi)啟交換泵，周邊水體被泵入呼吸室從而使氧氣水平達(dá)到測(cè)量前的水平。整個(gè)過(guò)程分3個(gè)步驟：測(cè)量、水體交換、等待，測(cè)量時(shí)循環(huán)泵開(kāi)啟，水體交換時(shí)交換泵開(kāi)啟循環(huán)泵關(guān)閉，等待時(shí)交換泵關(guān)閉循環(huán)泵開(kāi)啟，每10分鐘即可測(cè)量1次。如此以來(lái)，象“開(kāi)放式”一樣，實(shí)驗(yàn)可以無(wú)限期地進(jìn)行下去，從而進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)分析監(jiān)測(cè)。在每個(gè)測(cè)量期，由于動(dòng)物的呼吸耗氧，溶解氧濃度隨著測(cè)量時(shí)間的延長(zhǎng)而降低并呈直線相關(guān)關(guān)系，動(dòng)物耗氧率（每小時(shí)每公斤體重消耗的毫克氧氣）等于相關(guān)曲線的斜率乘以呼吸室的靜體積除以動(dòng)物的體重。

2、技術(shù)性能指標(biāo)

1）、數(shù)據(jù)采集和分析單元：包括主機(jī)和軟件，主機(jī)有數(shù)據(jù)采集和繼電控制作用，為8通道（同時(shí)對(duì)8個(gè)靜態(tài)呼吸室的魚(yú)進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)），USB接口，與計(jì)算機(jī)連接使用，主要性能指標(biāo)如下：

可以接光纖熒光氧氣傳感器或原電池氧電極；

程序控制水體交換泵的開(kāi)啟時(shí)間

實(shí)時(shí)記錄顯示呼吸室內(nèi)O2隨時(shí)間的變化；

實(shí)時(shí)記錄顯示周邊水體（水浴槽）O2隨時(shí)間變化；

實(shí)時(shí)記錄耗氧率隨時(shí)間的變化；

自動(dòng)計(jì)算顯示平均耗氧量、相關(guān)系數(shù)R2；

實(shí)施記錄顯示溫度隨時(shí)間的變化；

解析度16bit，模擬輸出6 x 0-5VDC

測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)儲(chǔ)存成Excel文檔和所有原始數(shù)據(jù)的txt文檔

重量1.4kg，大小21x20x74cm。

2）、O2等測(cè)量單元：O2傳感器有光纖氧氣傳感器、原電池氧電極供選配。

熒光光纖氧氣傳感器具有很高的時(shí)空分辨率，但價(jià)格昂貴。檢測(cè)極限可達(dá)15ppb，可在線測(cè)量水體和空氣中的氧氣，可長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)，穩(wěn)定性極強(qiáng)，響應(yīng)時(shí)間小于1秒。對(duì)于小型魚(yú)類及其它微小生物、需要高分辨率的實(shí)驗(yàn)等情況下必須選擇此類傳感器；具體性能指標(biāo)： Mini型熒光光纖氧傳感器， Mini光纖氧探頭外徑2.8mm，內(nèi)徑2.0mm，被覆有光隔離材料以避免生物自發(fā)光造成的干擾，因而可以測(cè)量藻類等（有葉綠素?zé)晒猓┚哂袃?nèi)部自發(fā)光的生物耗氧；零氧耗、高穩(wěn)定性，響應(yīng)時(shí)間快于6秒（氣相測(cè)量）；可測(cè)量液相和氣相氧濃度，測(cè)量范圍0-50%空氣氧、0 - 22.5 mg/L，測(cè)量極限0.15 %空氣氧、15 ppb溶解氧；氧濃度在線溫度補(bǔ)償，不受電磁信號(hào)干擾

原電池氧電極價(jià)格低，但精度也低，需要一些維護(hù)措施和校對(duì)，具溫度補(bǔ)償，測(cè)量精度好于±1％，響應(yīng)時(shí)間低于20秒時(shí)間，一般在傳感器和數(shù)采中間加一個(gè)前置放大器配合使用；

3）、水環(huán)境控制模塊包括水溫監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、氧氣監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)及CO2/pH監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)等，每個(gè)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)又有單通道和4通道供選配。

水溫監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)包括控制器主機(jī)、溫度傳感器、潛水泵、不銹鋼撒熱旋管等；Pt100溫度傳感器，測(cè)量范圍-200°C至850°C；Eheim潛水泵；溫度調(diào)控范圍-20°C 至 60°C ，**功耗3.5瓦，響應(yīng)時(shí)間1-60妙，精度優(yōu)于0.2°C

氧氣監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器主機(jī)、原電池氧電極、螺線閥等；原電池氧電極，測(cè)量范圍0-200%；響應(yīng)時(shí)間0.4-60妙，精度讀數(shù)的0.1%，**功耗3.5瓦。系統(tǒng)通過(guò)程控螺旋閥加氧或加氮以控制水質(zhì)處于過(guò)氧或缺氧狀態(tài)。

CO2/pH監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)包括控制器主機(jī)、pH機(jī)、螺旋閥、氣石及CapCTRL調(diào)控軟件等， 通過(guò)監(jiān)測(cè)PH值間接確定水中CO2含量并調(diào)節(jié)控制水的PH和CO2含量并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，PH值測(cè)量范圍0-14，分辨率0.01.用于監(jiān)測(cè)和控制水體pH或pCO2。

4）、 根據(jù)研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需求，可以有如下方案配置：

溶解氧測(cè)量為原電池氧電極技術(shù)，適于500ml以上的呼吸室及呼吸室周邊水域溶解氧控制，具體有1通道、4通道、8通道供選擇（上圖為1通道系統(tǒng)，呼吸室未在示意圖中出現(xiàn)）

溶解氧測(cè)量為光纖熒光傳感器技術(shù)，具體有1通道、4通道、8通道供選擇（下圖為4通道系統(tǒng)，呼吸室未在圖中出現(xiàn)）

5）、呼吸室分靜態(tài)呼吸室和游泳室（活動(dòng)呼吸室）兩類。對(duì)于靜態(tài)呼吸室的選擇，一般動(dòng)物濕重或動(dòng)物體積與呼吸室的比率為1:10；對(duì)于游泳室，動(dòng)物濕重或動(dòng)物體積與游泳室的比例應(yīng)大致為1:200。另外還配備有供研究測(cè)量魚(yú)卵或胚胎、水生無(wú)脊椎動(dòng)物及浮游植物氧釋放的微型呼吸室，研究測(cè)量水生微小生物及血液樣品的Tucker呼吸室等。

靜態(tài)呼吸室：玻璃或丙烯酸有機(jī)玻璃，直徑3.3cm到190cm各種規(guī)格公選配，長(zhǎng)度根據(jù)用戶需求而定（魚(yú)類的長(zhǎng)度）

游泳室：包括外部溫控水浴池、活動(dòng)室、馬達(dá)、潛水泵等，不同型號(hào)技術(shù)指標(biāo)如下表：

潛水泵為離心式，流速每分鐘4.5升到57升各種規(guī)格供選配，技術(shù)規(guī)格如下：

微型呼吸室，硼硅酸鹽玻璃，直徑有11.2、14.5mm、18.5mm及22.2mm各種規(guī)格供選配，與微型被覆玻璃的磁力攪拌棒及非損傷性熒光光纖氧傳感器配合使用。微型攪拌器適于0.1-5ml體積的攪拌，功率為0.1-0.25W，可遙控1-4個(gè)微型磁力攪拌棒的攪

3、產(chǎn)地：歐洲