AL4120熒光藍(lán)綠藻傳感器的技術(shù)原理和應(yīng)用

   熒光藍(lán)綠藻傳感器（即熒光法藍(lán)藻傳感器）憑借其原位實(shí)時、免試劑、高靈敏度、特異性識別的核心優(yōu)勢，已成為藍(lán)藻水華管理的核心技術(shù)。它利用藍(lán)藻細(xì)胞內(nèi)特征色素（藻藍(lán)蛋白）的熒光特性，能夠精準(zhǔn)、快速地量化水體中的藍(lán)藻濃度。

一、     在線監(jiān)測藍(lán)綠藻的目的和意義

   藍(lán)藻又名藍(lán)細(xì)菌，是一類原核微生物，能進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用，部分具有生物固氮活性。它是生物圈中綠色光合植物的進(jìn)化起源，也是地球上最重要的初級生產(chǎn)者之一。淡水水體中藍(lán)藻大量繁殖的一種自然生態(tài)現(xiàn)象，表觀特征為藍(lán)藻聚集、漂浮或懸浮在水體當(dāng)中，這種現(xiàn)象稱為藍(lán)藻水華。藍(lán)藻水華水水環(huán)境和水生態(tài)質(zhì)量具有重大危害，具體表現(xiàn)在幾個方面

1.   降低溶解氧含量

    當(dāng)水體中藍(lán)藻特別是微囊藻過度生長形成水華時，藍(lán)藻覆蓋水面，將影響光合作用，并隔絕空氣中的氧氣進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體下層溶氧不足，上下層溶氧差別大，養(yǎng)殖水體惡化，進(jìn)而會造成魚蝦類缺氧窒息大量死亡。同時藍(lán)藻死亡分解也會消耗大量的溶氧，同時釋放大量羥胺及硫化氫等有毒物質(zhì)，進(jìn)而敗壞水質(zhì)。

2.   產(chǎn)生異味惡臭

   藍(lán)藻在自身代謝過程中會產(chǎn)生半揮發(fā)性的土腥味物質(zhì)，屬于次生代謝產(chǎn)物，同時死亡的藍(lán)藻也會釋放大量有機(jī)質(zhì)，下沉到水底后，大量耗氧，也會散發(fā)腥臭味。水華發(fā)生后異味物質(zhì)大量富集到魚體中，通過鰓呼吸和皮膚滲透到魚體各部分，進(jìn)而影響魚類的品質(zhì)和口感，對養(yǎng)殖戶收入產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.   產(chǎn)生毒素

  藍(lán)藻可產(chǎn)生多種藻毒素，包括肝毒素、神經(jīng)毒素和內(nèi)毒素，通過飲用水或食物鏈進(jìn)入人體，可引起腹瀉、肝損傷、神經(jīng)麻痹，嚴(yán)重者甚至可能致死。長期暴露還可能影響兒童和胎兒的發(fā)育，造成生殖和內(nèi)分泌系統(tǒng)異常。

  藍(lán)藻水華控制目標(biāo)應(yīng)明確控制藍(lán)藻水華對地表水和飲用水水源產(chǎn)生，因此要對地表水特別是飲用水源進(jìn)行藍(lán)藻在線監(jiān)測，根據(jù)HJ1098-2020《水華遙感與地面監(jiān)測評價技術(shù)規(guī)范》，基于藻密度的高低評價水華程度，其分級標(biāo)準(zhǔn)及其對應(yīng)特征如下

二、熒光法檢測藍(lán)綠藻的技術(shù)原理

體內(nèi)含有的藻藍(lán)蛋白和變藻藍(lán)蛋白加上葉綠體蛋白使之呈現(xiàn)出藍(lán)綠色。藻藍(lán)蛋白（Physocyanin ,PC）是藍(lán)藻的一種色素蛋白，自然水體中的藻藍(lán)蛋白濃度比葉綠素濃度更能準(zhǔn)確反映實(shí)際的藍(lán)藻生物量，是熒光法測量藍(lán)藻生物量的重目標(biāo)色素，因此AL4120藍(lán)綠藻傳感器通過測定澡籃蛋白的熒光強(qiáng)度來檢測藍(lán)藻密度。

藻藍(lán)蛋白的熒光光譜特征主要體現(xiàn)在其獨(dú)特的激發(fā)波長與發(fā)射波長上。作為一種天然熒光蛋白，它的發(fā)射峰通常位于 640–660 nm 的紅色波段，具體的峰值位置會因藻種來源、蛋白類型及存在狀態(tài)（如天然態(tài)或變性態(tài)）而略有差異。澡籃蛋白的激發(fā)波長通常在590nm-620nm之間。由于610nm激發(fā)波長具有根號的辨析度，AL4120藍(lán)綠藻傳感器采用610nm作為激發(fā)波長。原理如圖所示，LED發(fā)射激發(fā)光源到水樣中，澡籃蛋白被激發(fā)產(chǎn)生有紅移的熒光并為探測器所接收，熒光的強(qiáng)度與澡籃蛋白的含量成正比。

三、AL4120熒光藍(lán)綠藻傳感器的優(yōu)點(diǎn)

•樣品無需處理和萃取，無需試劑、無污染

•  環(huán)境境光自動調(diào)零技術(shù)，消除環(huán)境光影響

• 窄帶濾光片過濾接收光路，消除雜散光影響

•Boxcar信號處理技術(shù)，降低檢測下限、提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性

•   電刷定期自動清潔光學(xué)窗口，清除水中雜質(zhì)和氣泡附著

•內(nèi)置故障自診斷功能，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確

•  出廠預(yù)校準(zhǔn)，可隨時恢復(fù)出廠校準(zhǔn)參數(shù)

•  半導(dǎo)體LED和光電探測器，使用壽命超過10年

•  傳感器接口具有錯接和反接保護(hù)功能

四、AL4120熒光藍(lán)綠藻傳感器的應(yīng)用

1)   水源地（水庫、湖泊）監(jiān)測：

對飲用水源地水體進(jìn)行全天候監(jiān)控，通過多參數(shù)聯(lián)動分析，可在水華形成提前7-15天發(fā)出早期預(yù)警，為自來水廠爭取工藝調(diào)整的寶貴時間

2)   水廠進(jìn)水預(yù)警：

實(shí)時監(jiān)測原水藻類濃度，指導(dǎo)水廠調(diào)整混凝、過濾工藝，保障出廠水質(zhì)安全

3)   供水管網(wǎng)監(jiān)測：

在供水管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布設(shè)，防止藻類在輸水過程中二次增殖

4)   地表水與環(huán)境監(jiān)測

  湖庫富營養(yǎng)化監(jiān)測：在湖泊、水庫構(gòu)建浮標(biāo)式監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，精準(zhǔn)掌握水體富營養(yǎng)化程度和藻類時空分布規(guī)律。通過連續(xù)監(jiān)測藍(lán)藻濃度變化趨勢，在水華肉眼可見前數(shù)天發(fā)出預(yù)警，實(shí)現(xiàn)從"被動應(yīng)對"到"主動預(yù)警"的轉(zhuǎn)變

5)   水產(chǎn)養(yǎng)殖管理

養(yǎng)殖池塘實(shí)時監(jiān)控：監(jiān)測對蝦、魚類養(yǎng)殖水體中的藍(lán)藻密度，防止藍(lán)藻過度繁殖導(dǎo)致的溶氧波動和藻毒素產(chǎn)生

6)   工業(yè)過程與特殊應(yīng)用

藻類生物燃料生產(chǎn)：在光生物反應(yīng)器中實(shí)時監(jiān)測藻類濃度，優(yōu)化培養(yǎng)條件和采收時機(jī)

7)   景觀水體治理：對公園湖泊、城市內(nèi)河進(jìn)行監(jiān)測，指導(dǎo)曝氣、生態(tài)修復(fù)等控藻措施的精準(zhǔn)實(shí)施

8)   浴池/泳池水質(zhì)管理：監(jiān)測人工水體中的藻類污染風(fēng)險

9)   科研與教學(xué)：用于研究藍(lán)藻種群動態(tài)、光合作用活性、浮游植物群落結(jié)構(gòu)。結(jié)合熒光動力學(xué)參數(shù)，評估浮游植物初級生產(chǎn)力和碳匯能力；高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)：作為現(xiàn)代水質(zhì)分析技術(shù)的教學(xué)工具