水质监测 | 水中叶绿素 测量原理及监测方法

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水质监测 | 水中叶绿素 测量原理及监测方法

什么是叶绿素？

叶绿素（Chlorophyl）是植物、藻类和某些细菌中最主要的光合色素，能够吸收红光和蓝光，反射绿光，因此呈现绿色。通常分为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、叶绿素d、叶绿素f、原叶绿素和细菌叶绿素。不同种类的叶绿素其存在场所不同，最大吸收光带也不同。

光合作用

叶绿素a是一种可以吸收光能的色素，在光照下，叶绿素a会吸收太阳光中的某些波长并将其转化为化学能，这种过程就是光合作用。通过光合作用，藻类和其他浮游植物可以将光能转化为葡萄糖和氧气，从而提供能量和氧气给其他生物体，这对维持水中生态系统至关重要。

叶绿素对水质的影响

1、促进藻类繁殖

当水体中叶绿素含量增加时，会进一步刺激藻类的繁殖。大量繁殖的藻类会消耗水体中的溶解氧，导致水体缺氧，对水生生物造成威胁。

2、产生有害物质

藻类在死亡后会分解产生硫化氢、甲烷等有害物质，这些物质会进一步恶化水质，对水生生物和人类健康造成危害。

3、引发环境问题

高叶绿素含量还可能引发水华、蓝藻等有害藻类的爆发，这些藻类可能产生毒素，对水生生物和人类健康构成威胁。同时，水华等现象还会影响水体的景观价值和旅游价值。

水质叶绿素a 评标准

优良水质

叶绿素a浓度 ≤ 5μg/L，表明水体富营养化程度较低，水质清洁。

良好水质

叶绿素a浓度在5~10μg/L之间，表明水体处于营养状态较好的状态，水质较好。

一般水质

叶绿素a浓度在10~30μg/L之间，表明水体营养状况较高，有轻微的富营养化现象。

较差水质

叶绿素a浓度在30~50μg/L之间，表明水体富营养化现象比较明显。

差水质

叶绿素a浓度 ≥ 50μg/L，表明水体已经非常富营养化，可能会出现赤潮等环境问题。

行业标准

叶绿素a的测定 分光光度法 HJ 897-2017为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国水污染防治法》，保护环境, 保障人体健康，规范水中叶绿素a的测定方法，制定本标准。本标准规定了测定地表水中叶绿素a的分光光度法。

叶绿素的测量方法

01、分光光度法

将样品用滤膜过滤截留藻类，研磨破碎后，用丙酮溶液提取叶绿素，离心分离后分别于750nm、664nm、647nm和630nm波长处测定提取液的吸光度，再根据朗伯-比尔定律可分别计算出叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素的含量。

荧光法

1966年，美国学者洛伦森(Lorenzen) 首先提出了利用荧光法进行海洋现场连续测量叶绿素a含量的方法。经过几十年的发展，使用荧光法测定叶绿素a的技术已经比较成熟。

荧光法是利用叶绿素a在一定浓度范围内与其荧光强度之间具有良好的线性关系来测量的，与传统的分光光度法相比，具有灵敏度高、操作简便、无需提取、可现场实时测定的特点，目前已成为测定水体中叶绿素a的主要方法。

荧光的基础知识：荧光物质的发光原理主要涉及电子的能级跃迁，即电子从基态跃迁到激发态，然后再通过辐射衰变释放光子回到基态，这个过程中释放出的能量以光的形式表现出来，形成荧光。

荧光法测量原理

由于不同浓度的叶绿素a被激发后所产生的荧光不同，通过测量荧光强度，再根据传感器内部标定值即可计算出叶绿素a的浓度大小。

荧光法测量叶绿素

荧光法叶绿素传感器的光学部分有一个蓝色LED灯和一个光电检测器，由于不同型号的光电检测器接收的波长范围不同，一般还会外加滤光片将荧光波长以外的光过滤掉。

激发的光源一般选用波长为430-460nm的蓝光，同时用光电检测器检测660-680nm的荧光。

叶绿素传感器标定

零点校准：将传感器放入蒸馏水中，待数值稳定后进行标定。

斜率校准：将传感器放入罗丹明B标准溶液中，由于荧光染料的特性，荧光的强度会随着温度成反比，传感器内部算法会根据温度换算出对应的叶绿素a的浓度。1mg/L的罗丹明B与叶绿素a在不同温度下的关系其他浓度按比例增减