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    魚類與水生生物游泳能力、呼吸代謝測量系統

        魚類呼吸行為測量儀器,主要用于魚類、水生無脊椎動物、魚卵及其胚胎乃至浮游生物的耗氧量測量,同時還可以配置CO2傳感器和PH計以測量CO2排放、PH值等,與攝像頭和行為分析軟件配合進行行為軌跡觀測分析等。廣泛應用于海洋淡水魚類等水生生物生態學、水體環境毒理學、水產養殖、魚類行為生理生態、水生動物發育生態及水族箱等研究。右下圖為幼體虹鱒魚的呼吸代謝測量,可以看出,在開始時由于處理魚時造成的應急反應,耗氧量很高,隨后即達到一個較低的平穩水平——相當于其基礎代謝率。從圖中還可以看出,本系統有很高的時間解析度,可以反應突然的耗氧量變化。

        魚類與水生生物呼吸觀測系統采用“間歇式”測量原理,集合了“開放式”(實時測量)和“封閉式”(測量簡單但精度差)的優點,同時又克服了開放式測量時間解析度差、封閉式不能連續長時間測量等缺點?!伴g歇式”測量的呼吸室放置在水浴槽(周邊水體)內,循環泵可以確保呼吸室內水體的均一并保證有足量的水體流經傳感器,而水體交換泵可以使周邊水體與呼吸室內水體進行交換。測量時水體交換泵關閉(呼吸室類似封閉式),然后由計算機控制開啟交換泵,周邊水體被泵入呼吸室從而使氧氣水平達到測量前的水平。整個過程分3個步驟:測量、水體交換、等待,測量時循環泵開啟,水體交換時交換泵開啟循環泵關閉,等待時交換泵關閉循環泵開啟,每10分鐘即可測量1次。如此以來,象“開放式”一樣,實驗可以無限期地進行下去,從而進行長時間的實驗分析監測。在每個測量期,由于動物的呼吸耗氧,溶解氧濃度隨著測量時間的延長而降低并呈直線相關關系,動物耗氧率(每小時每公斤體重消耗的毫克氧氣)等于相關曲線的斜率乘以呼吸室的靜體積除以動物的體重。

    主要功能特點如下

    1.“間歇式”測量原理,集合了“開放式”(實時測量)和“封閉式”(測量簡單但精度差)的優點,同時又克服了開放式測量時間解析度差、封閉式不能連續長時間測量等缺點;

    2.熒光光纖氧氣傳感器技術,T型“Flow-through”流通式氧氣傳感器或探頭式氧氣傳感器,測量精度高、穩定性強、無耗氧;可選配“Spot”氧氣傳感器;

    3.呼吸測量室有靜態呼吸室和動態呼吸室(游泳室),用于測量基礎代謝及不同游泳速度的呼吸代謝

    4.可選配環境調控系統,調控溫度、pH或溶解氧等

    5.可選配行為觀測單元包括高速攝像頭和行為分析軟件,用于觀測分析動物的活動狀況

    6.各種呼吸室供選配,可用于浮游動物如水蚤等、藻類、魚類、蚌類、節肢動物等水生生物呼吸代謝測量

    配置方案:

    系統主要包括DAQ-M數據采集控制模塊、熒光光纖O2測量單元、水環境控制單元、呼吸室及其它配件或備選件。根據需求,有單通道、4通道、8通道及更多通道測量系統,可以同時連接多個呼吸室以測量多個動物的呼吸代謝情況。

    1. 基本配置包括DAQ-M數據采集與分析模塊、4通道T型流通式氧氣測量單元、斑馬魚微型呼吸室及Mini游泳室及其它配件;

    選配

    2. 可選配探頭式氧氣測量單元,用于其它較大的魚類等適于插入式測量溶解氧的呼吸代謝測量

    3. 可選配行為觀測單元,包括高速攝像頭和行為分析軟件

    4. 可選配溫度或溶解氧等環境控制單元

    5. 可選配其它類型靜態呼吸室或游泳室,用于其它魚類或其它水生生物的呼吸代謝測量

    呼吸室分靜態呼吸室和游泳室(活動呼吸室)兩類。

    對于靜態呼吸室的選擇,一般動物濕重或動物體積與呼吸室的比率為1:10;對于游泳室,動物濕重或動物體積與游泳室的比例應大致為1:200。另外還配備有供研究測量魚卵或胚胎、水生無脊椎動物及浮游植物氧釋放的微型呼吸室,研究測量水生微小生物及血液樣品的Tucker呼吸室等。

    技術性能指標

    1)數據采集和分析單元:包括主機和軟件,主機有數據采集和繼電控制作用,為4通道(同時對4個靜態呼吸室的魚進行測量實驗),USB接口,與計算機連接使用,主要性能指標如下:

    可以接光纖熒光氧氣傳感器或原電池氧電極;

    程序控制水體交換泵的開啟時間

    實時記錄顯示呼吸室內O2隨時間的變化;

    實時記錄顯示周邊水體(水浴槽)O2隨時間變化;

    實時記錄耗氧率隨時間的變化;自動計算顯示平均耗氧量、相關系數R2;

    實施記錄顯示溫度隨時間的變化;

    解析度16bit,模擬輸出6 x 0-5VDC測量數據自動儲存成Excel文檔和所有原始數據的txt文檔

    重量1.4kg,大小21x20x74cm。

    2)O2等測量單元O2傳感器有光纖氧氣傳感器、原電池氧電極供選配。

    熒光光纖氧氣傳感器具有很高的時空分辨率,但價格昂貴。檢測極限可達15ppb,可在線測量水體和空氣中的氧氣,可長期在線監測,穩定性極強,響應時間小于1秒。對于小型魚類及其它微小生物、需要高分辨率的實驗等情況下必須選擇此類傳感器;具體性能指標:Mini型熒光光纖氧傳感器,Mini光纖氧探頭外徑2.8mm,內徑2.0mm,被覆有光隔離材料以避免生物自發光造成的干擾,因而可以測量藻類等(有葉綠素熒光)具有內部自發光的生物耗氧;零氧耗、高穩定性,響應時間快于6秒(氣相測量);可測量液相和氣相氧濃度,測量范圍0-50%空氣氧、0 - 22.5 mg/L,測量極限0.15 %空氣氧、15 ppb溶解氧;氧濃度在線溫度補償,不受電磁信號干擾。

    原電池氧電極價格低,但精度也低,需要一些維護措施和校對,具溫度補償,測量精度好于±1%,響應時間低于20秒時間,一般在傳感器和數采中間加一個前置放大器配合

    3)水環境控制模塊包括水溫監測控制系統、氧氣監測與調節系統及CO2/pH監測與控制系統等,每個監測控制系統又有單通道和4通道供選配。

    4) 靜態呼吸室:玻璃或丙烯酸有機玻璃,直徑3.3cm到190cm各種規格供選配,長度根據用戶需求而定(取決于魚類的長度),還可根據動物性狀及用戶需求配置其它各種類型的呼吸室,如適于斑馬魚的呼吸室、比目魚呼吸室、螃蟹呼吸室等等。

    5)潛水泵為離心式,流速每分鐘4.5升到57升各種規格供選配,技術規格

    如下:

    流速(L/min)

    4.5

    5

    10

    20

    40

    57

    功率(Watt)

    4

    5

    10

    28

    65

    8


    6)
    游泳室(活動呼吸室):包括外部溫控水浴池、活動室、馬達、潛水泵等,不同型號技術指標如下表:

    產品編碼

    體積[l]

    實驗截面[cm]

    魚大小[g]

    水速[cm/s]

    長寬[cm]

    SW10000

    170ml

    ID2.64 X L10

    1-4

    3-37

     

    SW10030

    1.5

    ID5.5 X 20

    4-12

    3-50

     

    SW10050

    5

    30x7,5x7,5

    20-80

    3-110

    117x40

    SW10100

    10

    40x10x10

    50-150

    3-110

    128x45

    SW10150

    30

    55x14x14

    175-500

    3-110

    147x53

    SW10200

    90

    70x20x20

    450-1500

    5-150

    188x71

    SW10250

    185

    87,5x25x25

    750-5000

    10-225

    227x91


    7)
    微型呼吸室,硼硅酸鹽玻璃,直徑有11.2、14.5mm、18.5mm及22.2mm各種規格供選配,與微型被覆玻璃的磁力攪拌棒及非損傷性熒光光纖氧傳感器配合使用。微型攪拌器適于0.1-5ml體積的攪拌,功率為0.1-0.25W,可遙控1-4個微型磁力攪拌棒的攪拌。


    技術性能指標

    1)數據采集和分析單元:包括主機和軟件,主機有數據采集和繼電控制作用,為4通道(同時對4個靜態呼吸室的魚進行測量實驗),USB接口,與計算機連接使用,主要性能指標如下:

    可以接光纖熒光氧氣傳感器或原電池氧電極;

    程序控制水體交換泵的開啟時間

    實時記錄顯示呼吸室內O2隨時間的變化;

    實時記錄顯示周邊水體(水浴槽)O2隨時間變化;

    實時記錄耗氧率隨時間的變化;自動計算顯示平均耗氧量、相關系數R2;

    實施記錄顯示溫度隨時間的變化;

    解析度16bit,模擬輸出6 x 0-5VDC測量數據自動儲存成Excel文檔和所有原始數據的txt文檔

    重量1.4kg,大小21x20x74cm。

    2)O2等測量單元O2傳感器有光纖氧氣傳感器、原電池氧電極供選配。

    熒光光纖氧氣傳感器具有很高的時空分辨率,但價格昂貴。檢測極限可達15ppb,可在線測量水體和空氣中的氧氣,可長期在線監測,穩定性極強,響應時間小于1秒。對于小型魚類及其它微小生物、需要高分辨率的實驗等情況下必須選擇此類傳感器;具體性能指標:Mini型熒光光纖氧傳感器,Mini光纖氧探頭外徑2.8mm,內徑2.0mm,被覆有光隔離材料以避免生物自發光造成的干擾,因而可以測量藻類等(有葉綠素熒光)具有內部自發光的生物耗氧;零氧耗、高穩定性,響應時間快于6秒(氣相測量);可測量液相和氣相氧濃度,測量范圍0-50%空氣氧、0 - 22.5 mg/L,測量極限0.15 %空氣氧、15 ppb溶解氧;氧濃度在線溫度補償,不受電磁信號干擾。

    原電池氧電極價格低,但精度也低,需要一些維護措施和校對,具溫度補償,測量精度好于±1%,響應時間低于20秒時間,一般在傳感器和數采中間加一個前置放大器配合

    3)水環境控制模塊包括水溫監測控制系統、氧氣監測與調節系統及CO2/pH監測與控制系統等,每個監測控制系統又有單通道和4通道供選配。

    4) 靜態呼吸室:玻璃或丙烯酸有機玻璃,直徑3.3cm到190cm各種規格供選配,長度根據用戶需求而定(取決于魚類的長度),還可根據動物性狀及用戶需求配置其它各種類型的呼吸室,如適于斑馬魚的呼吸室、比目魚呼吸室、螃蟹呼吸室等等。

    5)潛水泵為離心式,流速每分鐘4.5升到57升各種規格供選配,技術規格

    如下:

    流速(L/min)

    4.5

    5

    10

    20

    40

    57

    功率(Watt)

    4

    5

    10

    28

    65

    8


    6)
    游泳室(活動呼吸室):包括外部溫控水浴池、活動室、馬達、潛水泵等,不同型號技術指標如下表:

    產品編碼

    體積[l]

    實驗截面[cm]

    魚大小[g]

    水速[cm/s]

    長寬[cm]

    SW10000

    170ml

    ID2.64 X L10

    1-4

    3-37

     

    SW10030

    1.5

    ID5.5 X 20

    4-12

    3-50

     

    SW10050

    5

    30x7,5x7,5

    20-80

    3-110

    117x40

    SW10100

    10

    40x10x10

    50-150

    3-110

    128x45

    SW10150

    30

    55x14x14

    175-500

    3-110

    147x53

    SW10200

    90

    70x20x20

    450-1500

    5-150

    188x71

    SW10250

    185

    87,5x25x25

    750-5000

    10-225

    227x91


    7)
    微型呼吸室,硼硅酸鹽玻璃,直徑有11.2、14.5mm、18.5mm及22.2mm各種規格供選配,與微型被覆玻璃的磁力攪拌棒及非損傷性熒光光纖氧傳感器配合使用。微型攪拌器適于0.1-5ml體積的攪拌,功率為0.1-0.25W,可遙控1-4個微型磁力攪拌棒的攪拌。

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