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激光诱导叶绿素荧光寿命的测量及其特性分析

万文博 华灯鑫 乐静 刘美霞 曹宁

激光诱导叶绿素荧光寿命的测量及其特性分析

万文博, 华灯鑫, 乐静, 刘美霞, 曹宁
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  • 提出了一种用于评估植物生长状况及环境监测的激光诱导叶绿素荧光寿命测量方法. 采用波长355 nm的激光作为光源激发叶绿素荧光, 由光电倍增管接收其荧光信号, 由于被测叶绿素荧光衰减函数与激光脉冲、仪器响应函数卷积在一起, 根据它们的特性, 运用时间分辨测量法分别测得叶绿素荧光及其背景信号, 并结合一种新型解卷积算法可分离出真实的叶绿素荧光衰减函数, 从而获取叶绿素的荧光寿命. 测试结果表明: 该方法能够实现叶绿素荧光寿命的高精度实时监测, 对不同叶绿素含量的溶液荧光寿命进行了测试, 证明叶绿素含量与其荧光寿命具有相关性, 并且拟合了叶绿素含量与荧光寿命的标定曲线.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61275185);高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20106118110005)和陕西省教育厅科学与研究计划项目(批准号:2010JK759)资助的课题.
    [1]

    Janusauskaite D, Feiziene D 2012 Acta Agr. Scand. B-S. P. 62 7

    [2]

    Du G Y, Li W T, Li H B, Chung I K 2012 Journal of Plant Biology 55 159

    [3]

    Zhao M, Peng L L 2010 Optics Letters 35 2910

    [4]

    Eva F S 2012 Journal of Luminescence 32 2059

    [5]

    Sun Y W, Qu J L, Zhao L L, Xu G X, Ding Z H, Niu H B 2008 Acta Phys. Sin. 57 772 (in Chinese) [孙怡雯, 屈军乐, 赵羚伶, 许改霞, 丁志华, 牛憨笨 2008 物理学报 57 772]

    [6]

    Yeh Y C, Yuan C T, Kang C C, Chou P T, Tang J 2008 Applied Physics Letters 93 223110

    [7]

    Tol V, Verhoef R 2009 Agricultural and Forest Meteorology 6 96

    [8]

    Shrestha S, Applegate B E, Park J, Xiao X D, Pande P, Jo J A 2010 Optics Letters 35 2558

    [9]

    Irishina N, Moscoso M, Carminati R 2012 Optics Letters 37 951

    [10]

    García M, Vázquez R, Isakina S, López R 2012 Electrical Communications and Computers 27 317

    [11]

    Kumar A T N, Raymond S B, Bacskai B J, Boas D A 2008 Optics Letters 33 470

    [12]

    Fang J, Papaioanou T, Marcu L 2004 Journal of Biomedical Optics 9 743

    [13]

    Brand L, Johnson L 2008 Fluorescence Spectroscopy (Netherlands: Elsevier Academic Press) pp 228–351

    [14]

    Wang K, Zeng Y, Ding Z H, Meng J, Shi G H, Zheng Y D 2010 Acta Phys. Sin. 59 2471 (in Chinese) [王凯, 曾焱, 丁志华, 孟婕, 史国华, 张雨东 2010 物理学报 59 2471]

    [15]

    Chen W J, Lin M S, Jiang H L 1985 Acta Optica Sinica 5 904 (in Chinese) [陈文驹, 林美束, 姜宏丽 1985 光学学报 5 904]

    [16]

    Skala M C 2007 Multiphoton Microscopy Fluorescence Lifetime Imaging and Optical Spectroscopy for the Diagnosis of Neoplasia (Carolina: Duke University)

    [17]

    Miao Z, Li S F, Zhang Q Y 2006 Acta Phys. Sin. 55 4321 (in Chinese) [苗壮, 李善锋, 张庆瑜 2006 物理学报 55 4321]

    [18]

    Yang Z L, Liu Y Q, Yang Y Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 037805 (in Chinese) [杨振岭, 刘玉强, 杨延强 2012 物理学报 61 037805]

    [19]

    Duan Y L 2012 Chinese Journal of Lasers 39 1 (in Chinese) [段亚丽 2012 中国激光 39 1]

    [20]

    Lichtenthaler H K, Langsdorf G, Lenk S 2005 Photosynthetica 43 355

    [21]

    Fang W H, Li Z W, Li Z L, Qu G N, Ouyang S L, Men Z W 2012 Acta Phys. Sin. 61 153301 (in Chinese) [房文汇, 里佐威, 李占龙, 曲冠男, 欧阳顺利, 门志伟 2012 物理学报 61 153301]

  • [1]

    Janusauskaite D, Feiziene D 2012 Acta Agr. Scand. B-S. P. 62 7

    [2]

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    Zhao M, Peng L L 2010 Optics Letters 35 2910

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    [16]

    Skala M C 2007 Multiphoton Microscopy Fluorescence Lifetime Imaging and Optical Spectroscopy for the Diagnosis of Neoplasia (Carolina: Duke University)

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    Miao Z, Li S F, Zhang Q Y 2006 Acta Phys. Sin. 55 4321 (in Chinese) [苗壮, 李善锋, 张庆瑜 2006 物理学报 55 4321]

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    Duan Y L 2012 Chinese Journal of Lasers 39 1 (in Chinese) [段亚丽 2012 中国激光 39 1]

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  • [1] 王茜蒨;, 魏光辉. 机油类产品激光诱导荧光时间特性的研究. 物理学报, 2002, 51(5): 1031-1034. doi: 10.7498/aps.51.1031
    [2] 万文博, 华灯鑫, 乐静, 闫哲, 周春艳. 基于激光诱导叶绿素荧光寿命成像技术的植物荧光特性研究. 物理学报, 2015, 64(19): 190702. doi: 10.7498/aps.64.190702
    [3] 闫博, 陈力, 陈爽, 李猛, 殷一民, 周江宁. 结构光照明技术在二维激光诱导荧光成像去杂散光中的应用. 物理学报, 2019, 68(21): 218701. doi: 10.7498/aps.68.20190977
    [4] 李宏斌, 刘文清, 张玉钧, 丁志群, 赵南京, 魏庆农, 王玉平, 杨立书. 基于径向基函数网络的激光诱导荧光特征光谱分离算法. 物理学报, 2005, 54(9): 4451-4457. doi: 10.7498/aps.54.4451
    [5] 屈军乐, 林子扬, 陈丹妮, 许改霞, 胡 涛, 郭宝平, 牛憨笨, 刘立新. 双光子激发时间分辨荧光光谱测量技术. 物理学报, 2006, 55(12): 6281-6286. doi: 10.7498/aps.55.6281
    [6] 景敏, 华灯鑫, 乐静. 荧光激光雷达技术探测水面油污染系统仿真研究. 物理学报, 2016, 65(7): 070704. doi: 10.7498/aps.65.070704
    [7] 张强强, 胡建勇, 景明勇, 李斌, 秦成兵, 李耀, 肖连团, 贾锁堂. 单光子调制频谱用于量子点荧光寿命动力学的研究. 物理学报, 2019, 68(1): 017803. doi: 10.7498/aps.68.20181797
    [8] 苗 壮, 李善锋, 张庆瑜. Y共掺对掺Er硅酸盐玻璃光致荧光及荧光寿命的影响. 物理学报, 2006, 55(8): 4321-4326. doi: 10.7498/aps.55.4321
    [9] 林子扬, 付 哲, 刘立新, 胡 涛, 屈军乐, 郭宝平, 牛憨笨. 双光子阵列点激发同时多维荧光信息的处理. 物理学报, 2006, 55(12): 6701-6707. doi: 10.7498/aps.55.6701
    [10] 高当丽, 张正龙, 徐良敏, 雷瑜, 郑海荣, 张翔宇. 调控声子提高Tm3+掺杂体系的频率上转换荧光. 物理学报, 2009, 58(9): 6108-6112. doi: 10.7498/aps.58.6108
    [11] 毕长虹, 孟庆裕. CaWO4:Sm3+荧光粉的发光性质及其能量传递机理. 物理学报, 2013, 62(19): 197804. doi: 10.7498/aps.62.197804
    [12] 王早, 张国峰, 李斌, 陈瑞云, 秦成兵, 肖连团, 贾锁堂. 利用N型半导体纳米材料抑制单量子点的荧光闪烁特性. 物理学报, 2015, 64(24): 247803. doi: 10.7498/aps.64.247803
    [13] 乔志星, 秦成兵, 贺文君, 弓亚妮, 张晓荣, 张国峰, 陈瑞云, 高岩, 肖连团, 贾锁堂. 通过光致还原调制氧化石墨烯寿命并用于微纳图形制备. 物理学报, 2018, 67(6): 066802. doi: 10.7498/aps.67.20172331
    [14] 王雪俊, 夏海平. Bi离子掺杂GeO2-Al2O3-M(M=Na2O,BaO,Y2O3)玻璃的光学性质. 物理学报, 2006, 55(10): 5263-5267. doi: 10.7498/aps.55.5263
    [15] 丁 君, 杨秋红, 唐在峰, 徐 军, 苏良碧. Er3+/Yb3+共掺的氧化镧钇透明陶瓷的光谱性能研究. 物理学报, 2007, 56(4): 2207-2211. doi: 10.7498/aps.56.2207
    [16] 徐 登, 叶莉华, 崔一平, 奚 俊, 李 丽, 王 琼. 基于有机染料盐掺杂薄膜体系的能量转移及光致发光特性研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3267-3270. doi: 10.7498/aps.57.3267
    [17] 盛于邦, 杨旅云, 栾怀训, 刘自军, 李进延, 戴能利. 辐照对掺Er硅酸盐玻璃吸收和发光特性的影响. 物理学报, 2012, 61(11): 116301. doi: 10.7498/aps.61.116301
    [18] 陆庆正, 陈旸, 唐松柏, 马兴孝. 草酰氯的激光诱导荧光激发谱. 物理学报, 1991, 40(6): 878-884. doi: 10.7498/aps.40.878
    [19] J. H?GER, W. KRIEGER, 高文斌, 沈玉其. 激光诱导荧光法研究CH2Cl2分子的振动能量转移. 物理学报, 1985, 34(10): 1261-1269. doi: 10.7498/aps.34.1261
    [20] 沈应龙, 唐春梅, 盛秋春, 刘双, 李文涛, 王龙飞, 陈丹平. 铈铕共掺高钆氧化物玻璃的发光性能及能量传递效应. 物理学报, 2013, 62(11): 117803. doi: 10.7498/aps.62.117803
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-05-16
  • 修回日期:  2013-05-31
  • 刊出日期:  2013-10-05

激光诱导叶绿素荧光寿命的测量及其特性分析

  • 1. 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 西安 710048
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61275185)

    高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20106118110005)和陕西省教育厅科学与研究计划项目(批准号:2010JK759)资助的课题.

摘要: 提出了一种用于评估植物生长状况及环境监测的激光诱导叶绿素荧光寿命测量方法. 采用波长355 nm的激光作为光源激发叶绿素荧光, 由光电倍增管接收其荧光信号, 由于被测叶绿素荧光衰减函数与激光脉冲、仪器响应函数卷积在一起, 根据它们的特性, 运用时间分辨测量法分别测得叶绿素荧光及其背景信号, 并结合一种新型解卷积算法可分离出真实的叶绿素荧光衰减函数, 从而获取叶绿素的荧光寿命. 测试结果表明: 该方法能够实现叶绿素荧光寿命的高精度实时监测, 对不同叶绿素含量的溶液荧光寿命进行了测试, 证明叶绿素含量与其荧光寿命具有相关性, 并且拟合了叶绿素含量与荧光寿命的标定曲线.

English Abstract

参考文献 (21)

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