T/AHEPI 0007-2025 叶绿素荧光法水体藻类初级生产力快速监测仪技术要求

ICS 13.060.01
CCS Z10
安徽省环境保护产业协会团体标准
T/AHEPI 0007—2025
叶绿素荧光法水体藻类初级生产力快速监测仪技术要求
Technical requirements for rapid monitoring of primary productivity of algae in water using chlorophyll fluorescence method
2025 - 01 - 06发布2025 - 02 - 06实施
安徽省环境保护产业协会 发布

目次
前言 ................................................................................. II
1 范围 ............................................................................... 1
2 规范性引用文件 ..................................................................... 1
3 术语和定义 ......................................................................... 1
4 仪器原理 ........................................................................... 1
5 技术要求 ........................................................................... 2 仪器组成 ....................................................................... 2
性能要求 ....................................................................... 3
6 性能指标检测方法 ................................................................... 4 性能指标 ....................................................................... 4
检测条件 ....................................................................... 4
试剂 ........................................................................... 4
样品定值 ....................................................................... 4
检测方法 ....................................................................... 4
7 检测规则 ........................................................................... 5 出厂检测 ....................................................................... 5
检测项目 ....................................................................... 5
8 包装、运输和储存 ................................................................... 5 标志 ........................................................................... 5
操作说明书 ..................................................................... 5
包装 ........................................................................... 6
随机文件 ....................................................................... 6
运输 ........................................................................... 6
储存 ........................................................................... 6
附录 .................................................................................. 7
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II
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容有可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国科学院合肥物质科学研究院提出。
本文件由安徽省环境保护产业协会归口。
本文件主要起草单位：中国科学院合肥物质科学研究院、中国环境监测总站、安徽省生态环境监测中心、安徽省合肥生态环境监测中心、合肥综合性科学中心环境研究院、北京师范大学、合肥大学、安徽工程大学、安徽大学、皖江新兴产业技术发展中心、安徽环光科技有限公司。
本文件主要起草人：殷高方、赵南京、金小伟、张劲松、张敏、张付海、何前锋、戴庞达、左锐、石朝毅、王翔、张小玲、贾世琪、唐晓菲、朱超、干健、高先和、马明俊、董鸣、贾仁庆、黄朋、胡翔、杨瑞芳。
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叶绿素荧光法水体藻类初级生产力快速监测仪技术要求
1 范围
本文件规定了叶绿素荧光法水体藻类初级生产力快速监测仪术语和定义、仪器原理、技术要求、性能指标及检测方法、检验规则、标志和操作说明书、包装、运输和储存等要求。
本文件适用于叶绿素荧光法水体藻类初级生产力快速监测仪的设计、生产、使用和性能检测。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 191 包装储运图示标志
GB 5749-2022 生活饮用水卫生标准
GB 9969.1 工业产品使用说明书 总则
GB 11446.1-2013 电子级水国家标准
HJ168-2020 环境监测分析方法标准制定技术导则
HJ 897 水质 叶绿素a的测定 分光光度法
JJF1001-2011 通用计量术语及定义
JJF1094-2002 测量仪器特性评定
SL354-2006 水质 初级生产力测定—“黑白瓶”测定法
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
初级生产力 primary productivity
生态系统中植物群落在单位时间、单位面积上所产生有机物质的总量，常用光合放氧速率表征。
3.2
光合电子传递速率 photosynthetic electron transfer rate（Pe）
单位时间内光合电子传递链中电子传递的速度。也常用单位时间内单位叶绿素的光合放氧速率来表示。
3.3
光系统II吸收系数 absorption coefficient of optical system II
光系统II（PSⅡ）能量吸收效率。
3.4
光合活性 measurement range
光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配的能力，表示光合作用的强弱，常用暗适应条件下PSⅡ最大光化学量子产量Fv⁄Fm和环境光照条件下PSⅡ有效光化学量子产量Fv'⁄Fm'表征。
3.5
响应时间 response time
响应时间是指仪器测量一个阶跃量时，仪器示值由初始值第一次到达稳定值95%的时间间隔。
4 仪器原理
通过进样清洗系统抽取待测水样进样品池；通过光源系统和激发光源与滤光系统产生激发光激发样品，激发产生的荧光经荧光聚焦与滤光系统探测荧光动力学信号，荧光信号经数据处理系统获得PSII
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吸收系数aPSII、光适应光合活性Fv'⁄Fm'，暗适应光合活性Fv⁄Fm和环境光照强度E等参数，并基于“生物
-光学”模型，如式（1）所示，计算藻类初级生产过程中光合电子传递速率Pe，测量结果通过通信系统
输出；最后通过进样清洗系统将样品池中样品排出，并抽取纯水对样品池和管道进行清洗。
?? = ∫ ?(?)????? (?) (??
′ ?? ′
⁄ )⁄(??⁄??)??
700??
400??
(1)
待测水样
纯水进样清洗系统荧光聚焦与滤光系统数据处理系统通信系统
废液
激发光源聚焦与滤光系统
光源系统
控制电路系统
样品池
图1 仪器的基本组成单元
5 技术要求
仪器组成
叶绿素荧光法水体藻类初级生产力快速监测仪主要包含以下结构。
5.1.1 光源系统
光源系统由400nm-700nm波段范围内LED阵列、自然白光光源和RGB红绿蓝三色光源构成，LED阵
列用于测量PSII吸收系数，自然白光光源用于产生环境光照，RGB光源用于测量光合活性参数。
5.1.2 进样清洗系统
进样清洗系统由动力泵提供动能，预设多路通道，执行系统流路水样抽取、去离子水抽取、排样及
清洗等流程。
5.1.3 激发光源聚焦与滤光系统
由低通滤光片和透镜组成。激发光经过激发光聚焦与滤光系统汇聚于待测样品上，样品被激发后发
射出荧光。
5.1.4 荧光聚焦与滤光系统
荧光聚焦与滤光系统由窄带滤光片、透镜和光电传感器组成。样品受激发产生的荧光经荧光聚焦与
滤光系统被相对主光路垂直的光电传感器探测，转变为电信号。
5.1.5 控制电路系统
由电源模块、控制底板模块、信号检测模块及核心处理器模块组成。控制电路系统具备光源系统控
制、荧光信号检测和荧光信号数据采集与存储的功能。
5.1.6 数据处理系统
由工业电脑、应用程序软件及算法组成。探测到的叶绿素荧光数据经由数据处理系统结合“生物-
光学”模型完成PSII吸收系数、光合活性等参数处理分析，实现水体初级生产力定量分析。
5.1.7 通信系统
由通信接口与通信协议组成。通信系统负责对外的数据通信功能。
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5.1.8 定位系统
由定位模块和天线组成。定位系统实时提供仪器所处位置的经纬度信息。
5.1.9 外观
由底座和外壳两部分组成。外观机箱具有内部结构、显示屏、开关按键和通信接口等组件装配功能。 性能要求
5.2.1 光源系统
a)
光源连续稳定可调，上升时间不高于20μs；
b)
自然白光光源色温范围4100K～4200K，额定功率1W～2W，可输出0～1000μmol photon·m-2·s-1环境光照；
c)
RGB光源蓝光波长范围450nm～460nm，绿光波长范围520nm～530nm，RGB红光波长范围640nm～650nm，半峰宽不超过10nm，工作电流不超过700mA，额定功率3W～5W。
5.2.2 进样清洗系统
a)
耐腐蚀和低吸附特性，易于清洗；
b)
良好的密封性。
5.2.3 激发光源聚焦与滤光系统
a)
透镜和窄带滤光片透过率不小于90%；
b)
低通滤光片截止深度不低于OD6。
5.2.4 荧光聚焦与滤光系统
a)
透镜和窄带滤光片透过率不小于90%；
b)
窄带滤光片截止深度不低于OD6，半峰宽不超过10nm。
5.2.5 控制电路系统
a)
实时反馈系统温度；
b)
IP3防潮防湿；
c)
系统自检；
d)
微弱信号检测。
5.2.6 数据处理系统
a)
运行测试；
b)
进样清洗系统手动和自动控制；
c)
手动或自动校准光源光谱功能；
d)
数据采集、存储、处理、查询、显示和输出等；
e)
光源系统、进样清洗系统和控制电路系统等系统参数设置保存功能；
f)
外部通讯接口，外部设备通过通讯接口控制系统完成测试及数据传输等功能；
g)
断电重启并恢复断电前状态功能；
h)
两级操作管理权限：用户权限，仅可进行各种常规测量、校准、历史数据查询；管理员权限在用户权限基础上追加仪器维护和调试等功能。
5.2.7 通信系统
a)
RS485硬件接口；
b)
Modbus RTU通信协议。
5.2.8 定位系统
a)
提供仪器所处位置的经纬度信息功能；
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b)
定位精度能够不大于3m。
5.2.9 外观机箱
a)
装配内部结构、显示屏、开关按键和通信接口等组件；
b)
强度高、耐腐蚀、耐高温性能。
6 性能指标检测方法 性能指标
在初级生产力0~1000nmol(e)/m3/s基本检测范围内，按照本文件6.5规定的方法进行实验，水体藻类初级生产力快速监测仪性能必须满足表1要求。
表1 水体藻类初级生产力快速监测仪性能指标要求
指标名称
性能指标
检测方法
准确度
≤5%
6.5.1
重复性
≤5%
6.5.2
检测限
1 nmol(e)/m3/s
6.5.3
响应时间
5min
6.5.4 检测条件
6.2.1 工作电源
AC（220±10）V/50Hz或DC（24±6）V。
6.2.2 测量环境温度
0℃～50℃。
6.2.3 水样温度
5℃～40℃。 试剂
6.3.1 实验用水
符合GB11446.1-2013的去离子水。
6.3.2 清洗水
符合GB5749-85的自来水。
6.3.3 实验样品
绿藻门的普通小球藻（Chlorella vulga）作为测试藻种，按照HJ 897方法测定叶绿素浓度，当叶绿素浓度不低于500μg/L时有效，用去离子水将藻类母液按2倍、4倍、8倍、16倍和32倍稀释得到5个浓度梯度为C1、C2、C3、C4和C5的实验样品，样品体积不低于30mL。 样品定值
按照SL354-2006方法测定实验样品C1、C2、C3、C4和C5在5，50、100、200、400、600和800μmol photon·m-2·s-1六个光强条件下的光合放氧速率PO2，按照生物膜能量通量理论，将光合放氧速率PO2按（2）式转换为光合电子传递速率Pe，得到实验样品标准值。 Pe[nmol(e)/(m3·s)]=1.5×10−5PO2[nmol(O2)/(mL·min)](2) 检测方法
6.5.1 准确度
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仪器通电稳定后，C1、C2、C3、C4和C5的实验样品在50、100、200、400、600和800μmol photon·m-2·s-1六个光强条件下进行初级生产力测量，重复测量10次，记录测量结果，按（3）式计算各实验样品初级生产力平均测量值与标准值的相对误差（RE），以绝对值最大的相对误差值表征仪器示值误差。 RE=P̅−????×100%(3)
式中：P——样品10次初级生产力测量示值的平均值；
??—为样品初级生产力的标准值。
6.5.2 重复性
根据准确度测量中所得到的各样品10次初级生产力重复测量数据，按（4）式计算相对标准偏差，以最大相对标准偏差表征仪器重复性（RSD）。 RSD=1P̅√Σ(P?−P̅)2??=1?−1×100%(4)
式中：n—测量次数；
Pi—第i次测量值；
P——n次测量值的平均值。
6.5.3 检测限
仪器通电稳定后，C1样品在5μmol photon·m-2·s-1光强条件下进行初级生产力测量，连续测量10次，记录仪器示值，根据（5）式计算10次测量结果的标准偏差S，以3倍的标准偏差值表示仪器的检测限LOD。 S=√Σ(P?−P̅)2??=1?−1(5)
式中：n—测量次数；
Pi—第i次测量值；
P——n次测量值的平均值。
6.5.4 响应时间
仪器通电稳定后，点击仪器操作界面的“测量”，开始计时，待测量稳定计时结束，记录仪器示值第一次达到稳定值95%的时间；重复7次，取7次记录时间的算数平均值为仪器的响应时间。
7 检测规则 出厂检测
仪器由制造厂质量检验部门检查，判定合格后出具合格证书才能出厂。 检测项目
检验项目根据5.2和6.1执行。
8 包装、运输和储存 标志
每台仪器应在适当醒目的位置固定产品铭牌。产品铭牌应标出标准代号、仪器型号、名称、量程范围、出厂编号、制造日期、厂名等。 操作说明书
仪器的操作说明书应符合 GB 9969.1的相关要求，至少包括以下内容：
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a)
现场安装条件及方法；
b)
仪器操作方法；
c)
常见故障处理；日常维护说明；
d)
其他注意事项等。 包装
仪器包装应符合 GB/T 191 中的相关规定，并应满足运输和安全要求。 随机文件
随机文件应包含：
a)
装箱单；
b)
产品合格证；
c)
仪器使用说明书；
d)
备件及附件清单。 运输
仪器外包装应标注运输注意事项及要求。在运输中应防止受到强烈冲击，雨淋及曝晒。 储存
仪器应贮存于环境温度-20℃～45℃、相对湿度不大于85%。不得有腐蚀性气体和腐蚀性物品。
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附录
（资料性附录）
水体藻类初级生产力快速监测仪性能测试原始记录表
检测日期：______________________________
仪器编号：______________________________
表1 μg/L测试样六个光强等级下仪器测量结果记录表
单位: nmol(e)/(m3·s)
测量值
测量次数
50
μmol photon·m-2·s-1
100
μmol photon·m-2·s-1
200
μmol photon·m-2·s-1
400
μmol photon·m-2·s-1
600
μmol photon·m-2·s-1
800
μmol photon·m-2·s-1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均值
标准偏差
相对标准偏差
相对误差
表2 仪器响应时间记录表
单位：s
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均值
时间