光合作用测定仪基本原理

    地球上的植物均是以光合作用为基本物质生产过程，特别是人类赖以生存的粮食生产过程95%以上的物质均是通过作物将空气中CO2和根部吸收的水分，在太阳光所提供的能量和叶片的叶绿体中合成的有机物质，这种植物将CO2和水合成有机物质放出氧气的过程称为光合作用。如何测定出光合作用的速率，对广大农业科技者和从事植物类研究人员是十分重要的。

测定光合速率的方法很多，但应用多是根据CO2的吸收测定光合速率。本机利用快速准确的红外线CO2气体分析仪法。

１、CO2测定

    红外线气体分析根据由异原子组成的具有偶极矩的气体分子如CO2，CO，H2O，SO2，CH3，NH4，NO等在2.5~25um的红外光区都有特异的吸收带，CO2在中段红外区的吸收带有４处，其中４.26um的吸收带强，而且不与H2O相互干扰。红外线CO2分析就是通过检测CO2对４.26um光谱的吸收来测定光合作用过程中CO2的变化量。因为CO2吸收的４.26um红外光能与其吸收系数（Ｋ）、气体的浓度（Ｃ）和测定的气室长度（Ｌ）有关，并服从比尔一兰伯特定律：Ｅ＝Eoe-KCL

因为测定仪在设计过程中将确定了Eo（初级始发能量）和Ｌ（气室长度），-Ｋ，e为常数，而Ｅ（测定未端的能量）就有了与C（被测气体浓度）的对应关系，通过测定E就可测定出CO2浓度。

红外线CO2分析的优点：①灵敏度高，可以测定到1.0、0.5甚至0.1uml.mlo-l（即ppm）的CO2浓度；②反应快速，响应时间短，可测定出光合速率瞬时变化；③易实现自动化，智能化的测定。

光合测定仪采用单片机的智能管理技术，除了监测光合作用过程中的CO2变化外，还测定相应的光合有效辐射（PAR）、温度，并根据这些测定参数自动计算出相应的光合速率（Pn），水分利用率（We），气孔导度（Cleaf）。

2、温度测定原理

温度传感器采用德国贺氏PT100传感器，测温电路采用三线制经典恒流源测温电路。

3、光合有效辐射测定

 光合有效辐射（ＰＡＲ）是指植物吸收并参与光化学反应的太阳辐射光谱成份。一般光谱范围多采用400～760ｎｍ,该技术原理为：ＰＡＲ测定采用多层叠加滤光和光敏半导技术，即采用硅光电二极管，利用光生伏应将光能转化为电能，在光照照射下能在Ｐ区和Ｎ区之间形成光生电动势，把ＰＮ结连接起，电路中就有电流流过，电流大小与光照强度成相关性。其优点是稳定性好和重现性好，动态范围宽，温湿度特性优良和几乎没有疲劳特性。硅光电二极管的短路电流与光照强度有较好的线性关系，当选择适当的滤光片对光谱进行选择，则硅光电二极管输出电流即和所选光谱的光强呈线性关系。具体电路为：

                                                                V0

                      D1           Q1

图３ 光合有效辐射测定电路示意图

Ｄ１为硅光电二极管，Ｑ１为电流电压转换电路，将光强转换为0-2.5V输出电压，送到AD电路进行模数转换。