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1、UniSpec-SC 光谱分析仪操作指南及应用实例山东农业大学生命科学学院植物科学系光谱仪测定原理光谱在自然界中是连续的，光谱仪是将连续的光谱分为 256份进行测定，然后根据每种光质（红 640 740nm、橙 580 640nm、黄 560580nm、绿 490 560nm、蓝 425 490nm、紫400 425nm）对应的波长，近似的计算相对应的光谱成分。UniSpec-SC光谱分析仪的基本配置电池充电器光纤标准板叶夹PC卡便携包1. 当仪器不使用时，检测器和光源的输入端口一定要盖上由厂家提供的用橡胶保护帽，以避免泥土或灰尘进入仪器内部而引起故障。2. 必须使用由厂家提供的充电器为内部电
2、池充电。使用任何其它充电器造成的仪器故障厂家不承担保修服务。3. 仪器使用完毕后一定要及时充电（最好是在完全放完电之前）是非常重要的。更重要的一点是：如果仪器已被存放了较长时间（两周以上），存储放电的电池会使其处于一种 “深度放电 ”状态。一块完全放电的电池，要充电达到 90%以上的电容量，大约需要 3小时以上。注意事项一、 反射光谱测定1. 连接光纤将光纤的两个分支端分别插入到主机背面的 “Detector”和“Source” 插口，旋紧固定螺母。然后将光纤探头端插入叶夹的光纤插孔中并旋紧固定螺丝，使光纤在叶夹中的位置固定。 注意： 如果光纤弯曲得很厉害容易损坏。2. 打开主机电源当打开电源
3、时， “Detector”下面的绿色指示灯大约15秒后开始闪烁。约30秒钟后，光谱仪装载软件，屏幕显示“Welcome to UniSpecready for Data Scan”，表示仪器准备完毕，可以进行扫描操作。UniSpec光谱分析仪的使用方法设置测定参数（ 1）数据扫描（ 2）叠加扫描（ 3）暗扫描（ 4）参比扫描（ 5）游标（ 6）打开 /关闭原始数据（ 7）快门开关（ 8）打开 /关闭自动扫描（ 9）3. 设置测定参数点击屏幕右侧的第一个菜单按钮 “Preference(1)”屏幕显示：将白色的基准样品放入光纤叶夹，在“Halogen source intensity（卤素灯光强
4、） ”中输入 100，然后点击 “Optimize integration time ”（优化整合时间，目的是扫描最亮的物体，它发出的反射光不会使监测器饱和）按钮，完成后，一个信息栏将显示操作结束的信息，点击这个信息栏中的OK ，然后再点击测定对话框的OK。4. 进行暗扫描点击“Sutter Open” ，关闭快门， 此时光纤无光通过。然后 点击“DarkScan” 进行暗扫描（相当于调零）。5. 进行参比扫描点击“Sutter Open” 打开快门。点击 “ReferenceScan”进行参比扫描（相当于调满度）。6. 样品反射光谱的测定将叶片加入标准叶夹，点击显示屏上的 “DataScan
5、”进行样品反射光谱的测定。光谱仪测定叶片反射的示意图光谱仪的特有叶夹使它能够用来测定非常细小的针叶用光谱仪测定松树针叶的反射光谱使用直型光纤测定冠层反射光谱1. 连接光纤将直型光纤连接到主机背面的 “Detector”插口，旋紧固定螺母。2. 打开主机电源当打开电源时， “Detector”下面的绿色指示灯大约 15秒后开始闪烁。约 30秒钟后，光谱仪装载软件，屏幕显示“Welcome to UniSpecready for Data Scan”，表示仪器准备完毕，可以进行扫描操作。3. 进行暗扫描用黑色胶冒或黑布遮住直型光纤探头，点击 “Dark Scan”进行暗扫描（相当于调零）。4. 进
6、行参比扫描将视角调制管插到直型光纤探头上，固定好视角调制管。然后将光纤探头对准参比板，点击“Reference Scan” 进行参比扫描（相当于调满度）。参比和测定扫描均在自然光下进行，无需打开光源。5. 冠层反射光谱的测定将光纤探头对准扫描目标，点击显示屏上的 “Data Scan”进行冠层反射光谱的测定。注意 ：由于在自然光下进行冠层反射光谱测定，因此，每当光强变化时，要随时进行参比扫描校正。冠层扫描面积的计算扫描直径 (m)探头视角 ( ) 3 6 12 20 探头距目标距离 (m) 1 0.052372 0.104816 0.210208 0.352654 2 0.104744 0.2
7、09631 0.420417 0.705308 5 0.261859 0.524078 1.051042 1.76327 10 0.523718 1.048156 2.102085 3.52654 20 1.047437 2.096311 4.204169 7.053079 扫描面积 (m2)探头视角 ( ) 3 6 12 20 探头距目标距离 (m) 1 0.002154 0.008629 0.034705 0.0976762 0.008617 0.034514 0.138819 0.3907045 0.053855 0.215716 0.867622 2.441897注：视角调制管完全插入
8、直型光纤探头时，扫描角度为20 7. 通讯软件的安装（1 ）用USB数据传输线将光谱仪与计算机连接。（2 ）在控制面板中点击“ 系统” ，在系统属性的 “硬件”中点击 “添加硬件向导 ”，计算机搜索新硬件。（3 ）将厂家提供的USB驱动程序光盘放入光盘驱动器中。然后按照计算机屏幕提示安装驱动程序。当程序安装完毕，并且光谱仪与计算机建立通讯时，计算机桌面弹出“ActiveSync”窗口，窗口中右侧图标显示绿色。8. 数据处理可以使用仪器操作系统中的计算功能在测量时进行处理，例如取某段波长与另一段波长的比值，或对某段波长积分等。但是，上述方法过于繁琐，用 excel处理数据更方便快捷 。（1 ）将
9、测定结果传输到 PC机先打开光谱仪主机，然后用USB数据传输线将光谱仪与计算机连接。当光谱仪与计算机建立通讯，计算机桌面弹出右侧窗口。点击窗口中的“Explore” ，显示光谱仪屏幕上显示的软件内容。见下页图。在其中找到所保存的数据文件，拷贝到 PC机上即可。用Excel 程序打开*.SPU 格式的数据文件，第一列显示的数据为波长，第二列为样品反射结果，第三列为参比反射（反射测量）。根据需要从第一列的波长点所对应的第二列数据中找出有用的反射数据，然后用于计算。如果光谱仪与计算机无法建立通讯，窗口中右侧的图标为灰色（右图）。这时，应重新连接数据传输线，或者重新启动计算机。（2 ）数据处理二、光谱
10、成分的测定（ 1）光纤探头端对准样品。（ 2）调节集成时间。（ 3）罩住光纤探头的末端，暗扫描。（ 4）扫描样品。（ 5）保存数据 。植物体中含有多种不同种类的色素：叶绿素、叶黄素、胡萝卜素、花青素、紫黄质、环氧玉米黄质、玉米黄质等，这些色素都参与或调节不同的生理生化过程。任何环境因素的变化，如光质和光强、温度、土壤水分、矿质营养等都会影响这些色素的变化，进而影响到植物的代谢。不同色素发生轻微的变化便可在反射光谱上灵敏的表现出来。通过检测叶片对特定反射光谱的变化，便能无损伤的探测植物的生理生化变化。光谱仪在生理生态研究中的应用一、根据叶片反射指标计算色素含量测定叶片的绿色测定叶片的红色叶绿素指
11、标(R750-R705)/(R750+R705)花青素指标RRED/RGREEN光化学反应指标(PRI叶黄素循环指标 ): PRI =(R531-R570)/(R531+R570)光谱仪可以测定人眼观察不到的色素含量，如在光破坏防御机制中起重要作用的叶黄素循环。1. 计算叶绿素含量（ 1）(mSR705)(R750-R445)/(R705-R445)（ 2）(mND705)=(R750-R705)/(R750+R705-2R445) （ 3）R800/R700， R800/R640上述参数与叶绿素含量成正相关y = 0.0165x + 0.2536R2= 0.975800.20.40.60.8
12、10 15 20 25chl content (relative unit)mND705y = 0.153x + 0.7886R2 = 0.995801234510 15 20 25chl content (relative unit)mSR705冬青不同展开叶片的叶绿素含量变化（横坐标为生化测定数据，纵坐标为反射光谱测量数据）实例一：2. 计算类胡萝卜素含量（ 1） R800(1/R520-1/R700) 与类胡萝卜素在 0.6 4.5nmol/cm2成正相关（ 2）(R678-R486)/R800与类胡萝卜素/ 叶绿素的比值成正相关（ 3）(PRI) (R531-R570)/(R531+R
13、570) 与类胡萝卜素（或叶黄素组分）/ 叶绿素成负相关y = -0.4713x - 0.0635R2= 0.9418-0.2-0.18-0.16-0.14-0.12-0.10.15 0.2 0.25car/chl ratioPRIy = 0.1919x + 0.0011R2= 0.953200.010.020.030.040.050.15 0.2 0.25car/chl ratio(R678-R486)/R8000.06冬青不同展开叶片类胡萝卜素含量的变化（横坐标为生化测定数据，纵坐标为反射光谱测量数据）实例二：（ 1）(Red/Green) Sum (R600nmto R699nm)/Su
14、m(R500nmto R599nm)（ 2） R800(1/R550-1/R700)与花青素含量成正相关3. 花青素含量y = 60.618x + 1.1569R2= 0.978051015200 0.1 0.2 0.3anth content (relative unit)R800(1/R550-1/R700)y = 6.5469x + 0.6644R2= 0.999400.511.522.530 0.1 0.2 0.3anth content (relative unit)Red/Green生化测量与反射光谱测量红叶小蘖不同叶片中花苷素含量的相关性（横坐标为生化测定，纵坐标为光谱测定）实例
15、三：可以通过测定三种叶黄素循环成分的变化来研究植物叶黄素循环在光破坏防御中的作用。但是利用HPLC 测定叶黄素循环组分即费时又费力，而且要破坏被测定的植物组织。根据叶黄素循环组分中的紫黄质（ V）、环氧玉米黄质（ A）和玉米黄质（ Z）对不同波长光的吸收和反射特征便可以用光谱仪快速无损伤的研究叶黄素循环。4. 叶黄素循环的研究弱光强光叶黄素循环过程These dynamic responses reflect changes in energy distribution (heat dissipation) associated with the conversion of xanthophyll cycle pigments先将叶片暗适应，测定PRI ，然后将叶片暴露在强光下 20min，完全使叶黄素组分氧化，测定PRI ， PRI PRI PRI就是叶黄素库的大小。或者将叶片暴露在实际所需光强下， PRI的变化就是氧化的叶黄素组分（ A， Z）含量比例的变
