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光合儀
光合儀
在精確控制環境因子的條件下，通過紅外線氣體分析儀檢測二氧化碳的消耗速率來測定植物光合速率的一種儀器。紅外線氣體分析儀法已成為目前最有發展前途的光合測定手段，應用越來越普及，成為在氣相環境中測定光合速率的重要方法。
本詞條旨在讓大家對光合儀有一個更加深入正確的認識。
世界上各大品牌的光合儀均採用紅外線氣體分析儀檢測二氧化碳的吸收速率以測定光合速率。
紅外線氣體分析儀（IRGA）的基本原理
許多由異原子組成的具有偶極距的氣體分子，如CO、CO、HO、SO、NO、NH等，在波長2.5～25微米的中段紅外光區都有特異的吸收帶，紅外光經過上述氣體分子時，與氣體分子振動頻率相等能夠形成共振的紅外光，便被氣體分子吸收，使透過的紅外光能量減少，被吸收的紅外光能量的多少與該氣體的吸收係數(K)、氣體濃度(C)和氣層的厚度(L)有關，並服從朗伯-比爾定律：
E=Ee
式中：E-入射光能量；E-透射光能量。
CO在中段紅外光區的吸收帶有4處，吸收峰分別在波長2.69、2.77、4.26和14.99μm處，其吸收率分別為0.54%、0.31%、23.2%和3.1%。其中峰值為4.26μm的吸收波長最強，且不與HO的吸收帶重疊，而2.69和2.77μm的吸收帶則與HO的吸收相重疊。
HO吸收紅外線的最大吸收峰值為2.59μm，同樣的原理應用紅外線技術可以準確地測量氣體中水分的含量。
紅外儀的結構及工作方式
一台紅外線CO或HO氣體分析儀由4個基本部分組成：紅外線輻射源、氣室、濾光片和檢測器，氣室中有CO或HO存在時到達檢測器的輻射能量減少，從而檢測器輸出信號。作差分測量時需要有兩個平行的氣室，並且所用的檢測器也必須能夠測出兩個氣室吸收的輻射能的差值。
光合儀
在雙氣室紅外儀中，要求使用雙光束，必須有兩條平行的紅外輻射光源。一般有兩種方法，可以做到這一點，一種是使用串聯在同一電路中的兩個輻射源，另一種是利用一個輻射源，藉助反射器把光束分開導入兩個平行的氣室。后一種方法避免了兩個輻射源不同步老化而造成能量差異較大的難題。
② 氣室 氣室相當於液體比色分析中的比色杯，所不同的是它所盛裝的是被測氣體而非液體。氣室一般為金屬圓筒，兩端鑲以氟化鈣製成的小窗，可以透過紅外線，筒內壁鍍金，鍍金是為了最大限度地反射光線，兩端有氣口。作絕對值測量即檢測CO或HO濃度使用的紅外儀一般為單氣室，而應用於光合作用研究的紅外儀除了能進行絕對值測量外同時具備差分測量CO濃度或HO的含量的功能。應用於光合作用研究的紅外線CO或HO分析儀多數為雙氣室或多氣室，一個為分析氣室，另一個作為參比氣室（圖2-2）。利用開放式氣路系統進行測定光合速率時，一個氣室中檢測進入同化室之前的CO濃度（參比氣，R），另一個氣室檢測流經同化室之後的CO濃度（分析氣，A），儀器給出的信號即為進入同化室前後的氣體中的CO濃度差。
光合儀
④ 檢測器 紅外輻射能量能否被檢測，是氣體分析儀成敗的關鍵。世界各國用以檢測紅外線能量的檢測器種類較多，概括起來有兩類。
其一是光導檢測器，這類檢測器是一類半導體的物質（如銻化銦-InSb），因紅外輻射引起其電阻改變而被檢測。各種類型的紅外線氣體分析儀絕大多數採用這一檢測原理，該原理在QGD-O7型紅外線CO氣體分析儀工作原理中敘述。
半導體檢測器受溫度影響較大，為了提高檢測器的穩定性，增加了控溫裝置，將檢測器周圍的溫度控制在55℃，測量精度和穩定性大大提高。
其二是一種氣體熱敏計，常稱薄膜微音器。九十年代以前生產的紅外線CO分析儀，多數採用這類檢測器。因該檢測器易漏氣和機械振動增加測量誤差，已經淘汰。
這種氣動檢測器，最早由美國礦山安全用品公司費因格洛夫設計，形式頗象現代電話耳機膜片的裝置，稱為單邊式微音檢測器。它的工作原理是熱輻射使膜片一側氣壓變化，並使其與固定電極間距離縮小，電容量增加，從而達到檢測外熱的強度。
紅外線CO2氣體分析儀的類型
分為單氣室和雙氣室。
光合作用測定系統主要採用開放式氣路系統，進行CO和HO的差分測量，使用的紅外線氣體分析儀為雙氣室、四氣室或多氣室，最精確的分析儀具有4個氣室。
PP Systems公司的CIRAS-3型光合作用測定系統具有4個氣室，其中兩個氣室測定CO，一個作參比氣室，另一個作分析氣室；另外兩個氣室測定參比和分析氣體中的HO。
1、穩定性
2、環境因子的精確控制能力（光、溫、水、氣）
3、便攜性
4、高水平文獻引用情況
5、測得數據的可靠性
6、售後服務水平
......（歡迎補充拓展）
光合儀技術參數
主要特性
1.全自動差分平衡和自動調零世界專利技術，確保數據準確，簡化操作程序
2.智能葉室環境控制系統，可精確控制光強、光質、CO2濃度、溫度及濕度等環境因子
3.紅、藍、綠、白多光質光源，單光質光強可達2500μmol m-2 s-1，可任意設置四種光質的比例，並可與熒光參數檢測器配合使用
4.分析級的紅外分析儀，確保最精確的CO2和H2O的分析
5.CO2最大測量濃度達10000μmol mol-1。
用戶體驗
1.主機僅重4.3Kg，葉室僅重0.75K，便攜性強
2.新型7寸半透射式LCD主機顯示屏，野外陽光直射下可清晰顯示
3.新型LCD數顯葉室，顯示實時測定數據
4.包括熒光參數檢測器、群體同化室和呼吸室在內的豐富配件，滿足多樣化科研需求
5.根據研究需要，任意編輯各種相應曲線和光合啟動過程等複雜的測定程序，測定過程中只需一鍵式運行
全自動控制功能
能共獨立、自動控制CO2、H2O、光強、光質、濕度和溫度，用戶根據實驗設計要求，任意編輯各種控制程序進行控制條件下的光合速率及各種光合速率響應曲線以及光合作用啟動過程的測定。
主機
被全世界廣泛認可的經典光合儀之一，高水平參考引用文獻眾多。美國系列光合儀一直在不斷進步，經歷了3代的升級，繼承了其前兩代的優良基因，向著人性化設計的方向發展，儀器運行穩定，測定結果精確，更加小巧便攜，界面直觀，操作更加簡單。光合儀具有最新智能操作系統，很多技術指標優於其他同類產品，配置實惠，價格厚道，性價比極高。
1.內置四個獨立的高精度非分散的紅外線CO2/H2O分析儀，分別測定參比和分析氣路中CO2和H2O氣濃度，分析儀可用於開放式或密閉式測定。具有自動調零、自動差分平衡專利技術。
紅外分析儀是光合儀的核心部件，其精度和穩定性直接影響光合儀的檔次水平。CIRAS-3型光合儀的紅外分析室具有自動調零、自動差分平衡專利技術，排除了在非正常CO2波動時未進行手動匹配，出現零點漂移造成實驗錯誤的情況的發生，保證儀器穩定性和數據可靠性（其他任何品牌光合儀均不具備此技術）。
另外，PP SYSTEMS公司將主紅外分析儀設計定位在主機內部而不是在葉室手柄上，提高了光合儀核心部件的安全性和穩定性，同時減輕了手柄信號線的承載壓力，減少了由於葉室與主機之間的連線故障造成的維修負擔，同時減輕了葉室手柄的重量。
2. CO2測定範圍 0-10000μmol mol
CO2精度： 300μmol mol時為0.2μmol mol
1750μmol mol時為0.5μmol mol
10000μmol mol時為3μmol mol
3. CO2控制範圍：0-2000μmol mol
4. H2O測定範圍：0-75mb
H2O精度：0mb時為0.015mb
10mb時為0.020mb
50mb時為0.030mb
5 H2O控制範圍：0-露點
6 壓力範圍：65-115kPa
7 穩定性：定期自動調零和差分平衡校準功能可以有效消除因環境及其他原因造成儀器零點漂移
8 空氣採樣：內置取樣泵決定參比氣和分析氣的流量，可以在50-100 cc min內設定。
9 葉室供氣：葉室供氣可在0-500cc min-1範圍內設定
10 輔助埠：一個外接設備介面
11 數據更新速率：1.6s
12 數據輸出：有一個USB數據傳輸介面和兩個USB外接設備介面（如滑鼠、U盤等）。 USB介面的整合使CIRAS-3光合儀更具人性化。
13 數據存儲：無限存儲
14 儀器顯示：10.2” VGA半透射式的材質LCD屏液晶顯示器（7.0寸），在強光下更容易看清
15 用戶輸入：27鍵
16 電源：內置大容量可充電鋰電池，可以使用8小時。市面上同檔次光合儀還在使用古老的鉛酸電池，相比之下重量大，效率低。
17 操作環境：0-50℃
18 外殼：超輕耐磨人體舒適學設計的聚亞安酯鋁型材
19 尺寸：27.5 cm (W) x 14.5 cm (D) x 24 cm (H)
20 重量：超輕超便攜，主機重量4Kg ，同檔次光合儀中重量最輕，便攜性最好。
葉室
葉室結構：鋁合金葉室手柄；安裝紅外過濾玻璃的葉室窗口；不鏽鋼泵輪
LCD顯示：葉室手柄上2行×16字元LCD顯示器，顯示測定的數據
按鍵：兩個鍵分別用來記錄和調節LCD
視窗尺寸： 18mm直徑/面積2.5cm2；
25×18mm/面積4.5 cm2；
25×7mm/面積1.75cm2
自動控溫：極佳的葉室溫度控制，可以在大氣溫度上下10℃內控制
控溫範圍：5-45℃
氣溫探頭：熱敏電阻，測定精度±0.5℃
葉溫探頭：輻射探頭非接觸測定，測定精度±0.5℃。拋棄了傳統的熱電偶測溫，改為紅外輻射測溫，效果更穩定，還可以保護實驗材料。
內置PAR探頭：測定範圍0-3000μmol m-2 s-1，積分400-700nm的光，解析度為1μmol m-2 s-1
外置PAR探頭：測定範圍0-3000μmol m s，積分400-700nm的光，解析度為1μmol m-2 s-1
尺寸：32 cm (L) x 4 cm (W)
重量：0.750kg
光源
具有極佳控光能力，沒有任何其他品牌型號可匹敵。整合紅、藍、綠、白四色LED光源（自動控光範圍：0-2500μmol m-2 s-1）
紅光波峰625nm+/-5nm，半峰寬15nm
綠光波峰528nm+/-8nm 半峰寬40nm
藍光波峰475nm+/-10nm 半峰寬28nm
白光波長425-650nm
光－光合響應曲線和表觀光合量子效率的測定
光是推動光合機構進行光合作用的能源。在其它條件都合適時，光強高低是決定光合速率高低的唯一外界決定因素。因此，在低光強下，光合速率隨著光強的升高而直線地增高。當光合速率和光強都用同樣單位(μmol·m·s)表示時，光合-光響應曲線中低光強範圍內直線的斜率便是光合作用的量子效率。
光合量子效率，就是光合機構每吸收一個光量子所同化固定的CO分子數或所釋放的O分子數。如果不是以光合機構實際吸收的光量子數計算，而是以照射到光合機構上的光量子數計算，也就是不考慮光合機構對光的反射和透射損失，得到的便是表觀光合量子效率。
雖然表觀的光合量子效率不如實際的光合量子效率準確，但是它仍然可以正確地反映光合機構光合功能的變化，而且它的測定免去了測定光合機構實際吸收光量子數這一很不方便的步驟，即使在田間也可以方便迅速地測定，因此它的測定技術得到人們的重視和應用，特別是在攜帶型光合氣體分析系統出現之後，這一測定技術不僅越來越廣泛地應用於光合生理生態研究中，而且應用於光合作用調節控制機理的研究。
1 儀器設備 應用開放式氣路系統或CIRAS-3、LI-6400型光合測定系統。
2 操作方法
2.1 測定前的準備：包括開機預熱IRGA、按差值標定方式標定IRGA、將測定用的儀器設備連接成一個開放系統。取葉片，測定葉面積后將其放入葉室，調節控制葉室至葉片的光合作用最適溫度。
光合儀
2.2.1 改變光源和葉片之間的距離，使到達葉片表面的光強為200μmol·m·s左右。待IRGA表頭上的指針穩定在一個位置後讀取經過葉片前後空氣CO濃度變化的差值，按開放式系統P的計算公式計算光合速率。
2.2.2 在光源和葉片之間放置一至數層白紗布，使到達葉片表面的強度每次減少50μmol·m·s，並在每一光強度下停留2～3min後讀取空氣CO濃度變化的差值，計算光合速率，直到光強為零，光合速率為負值時止。
2.3 繪製葉片光合作用對光的響應曲線：將測定的每組數據以光強為橫軸，光合速率為縱軸，將每一光強下光合速率值畫到坐標紙上的相應位置。再將大於0的光合速率值各坐標點用直線連接起來，該直線的斜率便是葉片的表觀光合量子效率值。該直線與橫軸的交點為光補償點，與縱軸的交點則為暗呼吸速率(圖2-10)。
由於實驗過程中一些難免誤差，所測各點未必都在一條直線上，因此畫線時會帶有一些人為因素，造成表觀光合量子效率值或高或低的誤差。為了避免這一誤差，最好是用計算器或計算機對這些光強-光合速率資料作直線回歸，得到如下一直線回歸方程：
P=-R+Φ(PFD)
這裡，P為光合速率，R為暗呼吸速率，Φ為表觀光合量子效率，PFD為到達葉片的光量子通量密度，簡稱光強。
3 注意事項
3.1 為減小實驗誤差，用於直線回歸的資料點應多一些，以7～8個為宜。在作直線回歸時，不要使用那些光合速率為負值的資料點。由於Kok效應的影響，那些點往往明顯偏離直線，使得到的Φ值偏高或偏低。
3.2 本節介紹的是針對用IRGA和離體葉片進行的測定而言的。目前最先進的光合作用測定系統具有控制溫度、光強度等功能，可以方便地進行該指標的測定。