DE10014374A1 - Gerät zur Messung von laserinduzierter Fluoreszenz von Pigmenten und/oder Umweltschadstoffen - Google Patents

Abstract

Gerät zur Messung von laserinduzierter Fluoreszenz von Pigmenten und/oder Umweltschadstoffen, mit DOLLAR A - einer gepulsten Laserlichtquelle zur Aussendung von augensicherem Laserlicht mit einer zur Anregung von Fluoreszenz der Pigmente und/oder Umweltschadstoffe an einem Meßort geeigneten Wellenlänge, DOLLAR A - einer Sendeeinrichtung zum Senden des von der Laserlichtquelle abgegebenen Laserlichts (Anregungsstrahlung) zum Meßort zur Anregung von Fluoreszenz, DOLLAR A - einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der angeregten Fluoreszenzstrahlung, DOLLAR A - mindestens zwei Photodioden zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung bei den mindestens zwei charakteristischen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen und Umwandlung in ein jeweiliges elektrisches Signal, DOLLAR A - analogen Signalverarbeitungseinrichtungen entsprechend der Anzahl der detektierten Fluoreszenzwellenlängen, und DOLLAR A - einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung (24) zur digitalen Verarbeitung der digitalisierten Signale.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung von laserinduzierter Fluoreszenz von Pigmenten und/oder Umweltschadstoffen.

Zum Nachweis des Wachstums- und Gesundheitszustandes von Pflanzen werden im wissen­ schaftlichen Bereich neben gaswechselanalytischen Methoden in den letzten Jahren verstärkt spezielle Fluorometer eingesetzt, die über die Messung der in Verbindung mit dem Photo­ synteseprozeß emittierten Fluoreszenz des Chlorophylls Aussagen über den Zustand einer Pflanze gewinnen. Dabei kann man im wesentlichen zwischen zwei Arten von Fluoreszenz- Meßgeräten unterscheiden:

• a) Geräte zur Messung des zeitlichen Verlaufs der Fluoreszenz (auch verzögerte Fluores­ zenz (delayed Fluorescence) genannt) des Chlorophylls im roten Spektralbereich (685-730 nm) (sogenannte Kautsky-Kurve) nach Verdunkelung der zu untersuchen­ den Pflanze für mindestens 30 Minuten und anschließender Belichtung.
• b) Geräte nach dem Prinzip der Pulsamplitudenmodulation (PAM) oder auch Sättigungs­ pulsmethode oder "pump and probe"-Methode. Bei diesem Verfahren muß ein starker Lichtimpuls zur Sättigung des Photosynthesesystems (Schließen der Reaktionszen­ tren) erzeugt werden und wird durch eine Anzahl von Meßpulsen geringer Intensität der zeitliche Verlauf des Abklingens der Fluoreszenz aufgezeichnet. Dieses Verfahren könnte auch bei Tageslicht eingesetzt werden, wäre jedoch beim größeren Arbeitsab­ ständen aufgrund der dann erforderlichen hohen Intensitäten nicht augensicher.

Neben den oben beschriebenen Verfahren wurden in den letzten Jahren Verfahren untersucht, die auf der Ermittlung des Verhältnisses der Fluoreszenzen der Wellenlängen um 690 nm und 730 nm beruhen. Es handelt sich dabei um die roten Fluoreszenzbänder, die als F 690 und F 730 bezeichnet werden. Der Quotient aus den Intensitäten der Fluoreszenz bei 690 nm und 730 nm wird auch als Lichtenthaler-Index nach Professor Hartmut K. Lichtenthaler bezeich­ net, der auf dem Gebiet der Messung von Fluoreszenz an Pflanzen bereits seit vielen Jahren arbeitet und auch zahlreiche Veröffentlichungen vorgenommen hat (siehe beispielsweise "The chlorophyll fluorescence ratio F690/F735 as a possible stress indicator" von U. Rinderle und H. K. Lichtenthaler in Applications of Chlorophyll Fluorescence, Seiten 189-196, Kluwer Academic, Dordrecht). Der Quotient ist ein Maß für den Chlorophyllgehalt und die Photo­ syntheseaktivität einer Pflanze und beruht auf der von der Chlorophyllmenge abhängigen Re­ absorptionsrate des im Wellenlängenbereich um 690 nm ausgesandten Fluoreszenzlichtes. Diese Verfahren haben gegenüber den Vorgenannten die Vorteile, daß eine deutlich erhöhte Messgeschwindigkeit erzielbar ist, da es sich um eine statische Messung handelt und somit kein Abklingverhalten gemessen wird, und daß keine Sättigung des Photosyntheseapparates notwendig ist. Allerdings unterscheidet sich der Lichtenthaler-Index für verschiedene Pflan­ zenarten.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 434 644 A2 ist ein Gerät zur Messung von laser­ induzierter Fluoreszenz von Chlorophyllmolekülen bekannt. Es weist jedoch den Nachteil auf, daß die Meßsonde mit dem Meßobjekt, d. h. einem Pflanzenteil in Verbindung gebracht wer­ den muß.

Aus der WO 97 42489 ist ebenfalls ein Gerät zur Messung von laserinduzierter Fluoreszenz von Chlorophyllmolekülen bekannt. Das Gerät weist jedoch den Nachteil auf, daß das Meßer­ gebnis aufgrund der Verwendung von lediglich einer Nachweiswellenlänge vom Abstand Meßobjekt - Gerät abhängig ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Messung von laserinduzierter Fluoreszenz bereitzustellen, das bei Verwendung von augensicherer Laserstrahlung bei Ar­ beitsabständen von bis zu einigen Metern - auch vor dem Hintergrund des Sonnenlichtes - arbeitsabstandsunabhängig einsetzbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Gerät zur Messung von laserinduzierter Fluoreszenz von Pigmenten und/oder Umweltschadstoffen, mit

• - einer gepulsten Laserlichtquelle zur Aussendung von augensicherem Laserlicht mit ei­ ner zur Anregung von Fluoreszenz der Pigmente und/oder Umweltschadstoffe an ei­ nem Meßort geeigneten Wellenlänge,
• - einer Sendeeinrichtung zum Senden des von der Laserlichtquelle abgegebenen Laser­ lichts (Anregungsstrahlung) zum Meßort zur Anregung von Fluoreszenz,
• - einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der angeregten Fluoreszenzstrahlung, die derart angeordnet ist, daß sie die Fluoreszenzstrahlung in Rückwärtsrichtung zur Ein­ fallsrichtung der Anregungsstrahlung empfängt und eine Filtereinrichtung zum Hin­ durchlassen von elektromagnetischer Strahlung mit mindestens zwei unterschiedlichen charakteristischen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen, bei denen Maxima in der Fluoreszenz der Pigmente und/oder Umweltschadstoffe vorliegen, und eine Meß­ gebietbeschränkungseinrichtung zur Beschränkung des Ursprungsgebietes der emp­ fangenen elektromagnetischen Strahlung auf den Meßort umfaßt,
• - mindestens zwei Photodioden zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung bei den minde­ stens zwei charakteristischen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen und Um­ wandlung in ein jeweiliges elektrisches Signal,
• - analogen Signalverarbeitungseinrichtungen entsprechend der Anzahl der detektierten Fluoreszenzwellenlängen, wobei jede eine analoge Vorverstärkungseinrichtung zur analogen Vorverstärkung des während eines Laserlichtimpulses von der Photodiode erhaltenen Signals (Gesamtsignal) für eine jeweilige charakteristische Wellenlänge und zur analogen Vorverstärkung des während einer Laserlichtimpulspause von der Photodiode erhaltenen Signals (Störsignal) für dieselbe charakteristische Wellenlänge, eine analoge Störsignalspeichereinrichtung zur analogen Speicherung besagten Störsi­ gnals, eine analoge Subtrahiereinrichtung zur analogen Subtraktion besagten Störsi­ gnals vom zugehörigen Gesamtsignal, eine analoge Verstärkungseinrichtung zur ana­ logen Verstärkung des nach der Subtraktion resultierenden Signals und eine A/D- Wandlungseinrichtung zur A/D-Wandlung des verstärkten Signals umfaßt, und
• - einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung zur digitalen Verarbeitung der digitali­ sierten Signale.

Günstigerweise liegt die Wellenlänge der Laserlichtquelle im Bereich von 635 bis 670 nm. Damit läßt sich die rote Chlorophyll-Fluoreszenz anregen.

Dabei kann auch vorgesehen sein, daß die Laserlichtquelle zusätzlich Licht mit einer Wellen­ länge emittiert, die im Bereich von 300 bis 400 nm liegt, oder daß das Gerät eine zusätzliche Lichtquelle mit einer Wellenlänge im Bereich von 300 bis 400 nm aufweist. Damit läßt/lassen sich zusätzlich die blaue und/oder grüne Fluoreszenz von Pigmenten und/oder Umweltschad­ stoffen anregen.

Außerdem kann die Laserlichtquelle ein Laser, eine Laserdiode oder ein Diodenmodul sein.

Günstigerweise weist die Empfangseinrichtung eine Linse mit sehr hoher Apertur zum Erfas­ sen der angeregten Fluoreszenzstrahlung auf.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die Linse eine Sammellinse ist.

Vorzugsweise ist die Linse eine Fresnel-Linse.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Sendeeinrichtung derart gestaltet, daß die Anregungsstrahlung sich koaxial zur Achse der Linse ausbreitet. Dies ermöglicht zum einen ein kompaktes Gerät und zum anderen eine nahezu vom Meßobjekt-Gerät-Abstand un­ abhängige Messung.

Vorteilhafterweise sind die Laserlichtquelle(n), die Sendeeinrichtung, die Empfangs­ einrichtung und die Photodioden gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Filtereinrichtung mindestens einen dichroitischen Spiegel oder Interferenzfilter aufweist.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß die Filtereinrichtung derart gestaltet ist, daß sie die zwei roten Chlorophyll-Fluoreszenzbänder F 690 und F 730 hindurchläßt.

Außerdem kann vorgesehen sein, daß die Filtereinrichtung zusätzlich das blaue Fluoreszenz­ band F 450 und/oder das grüne Fluoreszenzband F 530 hindurchläßt.

Vorzugsweise weist die Meßgebietbeschränkungseinrichtung mindestens eine Blende oder einen Ortsfilter auf.

Günstigerweise umfaßt die analoge Störsignalspeichereinrichtung einen Sample/Hold- Schaltkreis.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die analoge Subtrahiereinrichtung eine Subtrahierer­ schaltung mit Operationsverstärkern umfaßt.

Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Anzei­ geeinrichtung zum Anzeigen der Ergebnisse der von der digitalen Signalverarbeitungseinrich­ tung vorgenommenen Verarbeitung.

Wiederum eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe der Ergebnisse der von der digitalen Signalverarbeitungs­ einrichtung vorgenommenen Verarbeitung.

Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Benut­ zerschnittstelle. Über diese können die Daten der Anzeigeeinrichtung oder übergeordneten Datenverarbeitungssystemen oder Aktoren als Steuersignale zur Verfügung gestellt werden.

Wiederum eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine externe Bus-Ankopplungseinrichtung.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die digitale Signal­ verarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zur Bildung mindestens eines Quotienten aus den digitalisierten Signalen für jeweils zwei unterschiedliche charakteristische Wellenlängen. Bei­ spielsweise kann dadurch der Lichtenthaler-Index berechnet werden.

Vorzugsweise weist die digitale Signalverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zur Mittel­ wertbildung über mehrere digitalisierte Signale für eine jeweilige charakteristische Wellen­ länge oder über mehrere Quotienten auf. Damit ist eine statistische Auswertung möglich. Bei­ spielsweise kann so der Mittelwert des Lichtenthaler-Indexes bestimmt werden.

Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Exper­ tensystem. Mit Hilfe des Expertensystems lassen sich zum Beispiel pflanzenartenspezifische Faktoren berücksichtigen.

Schließlich kann vorgesehen sein, daß das Gerät für einen Einsatz unter Wasser ausgelegt ist. Dies ist zum Beispiel sinnvoll, wenn Fluoreszenzmessungen an Algen vorgenommen werden sollen.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die Meßgebietbe­ schränkungseinrichtung nur Fluoreszenzstrahlung aus dem zuvor angeregten Meßort erfaßt und durch den Impulsbetrieb der augensicheren Laserlichtquelle(n) und durch entsprechende Verarbeitung der Signale durch analogelektronische Schaltungen ein Gerät bereitgestellt wird, das unter allen Tageslichtbedingungen, augensicher und berührungslos über Meßobjekt- Gerät-Abstände von mehreren Metern einsetzbar ist, wobei derart schnelle Messungen mög­ lich sind, daß der Einsatz auf bewegten Maschinen, wie zum Beispiel Traktoren, möglich ist. In einer besonderen Ausführungsform ist das Gerät auch sehr kompakt und damit tragbar. Mit dem Gerät läßt sich zum Beispiel das Chlorophyll in Blättern von Pflanzen anregen und las­ sen sich die charakteristischen Fluoreszenzen des Chlorophylls detektieren. Das Gerät kann auch zur Bestimmung der Chlorophylldichte und damit des Streßzustands der Pflanze bzw. zur Bestimmung des Nährstoffbedarfs der Pflanze eingesetzt werden. Neben dem Chloro­ phyllgehalt kann auch das Bodenbedeckungsverhältnis von Pflanzen zu Erdboden direkt be­ stimmt werden. Es kann hinsichtlich der Wellenlänge der Anregungsstrahlung und in der Se­ lektivität der Photodiode (Detektiereinrichtung) auf charakteristische Lumineszenzen von anderen in der Natur vorkommenden Pigmenten optimiert werden. Beispielsweise kann es auf charakteristische Lumineszenzen von nachzuweisenden Umweltschadstoffen optimiert wer­ den.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnungen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Gerätes zur Messung von laserinduzierter prompter Fluoreszenz von Chlorophyllmolekülen gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 2 Details des in Fig. 1 gezeigten Gerätes.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist dort ein Gerät zur Messung von laserinduzierter prompter Fluoreszenz von Chlorophyllmolekülen gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfin­ dung gezeigt. Das Gerät weist eine gepulste Laserlichtquelle 10 mit augensicherem Laserlicht mit einer zur Anregung von Fluoreszenz der Chlorophyllmoleküle in einem Pflanzenblatt an einem Meßort 12 geeigneten Wellenlänge auf. Das von der Laserlichtquelle 10 abgegebene Laserlicht (Anregungsstrahlung) wird mittels einer Sendeeinrichtung (hier nicht gezeigt) zum Meßort 12 zur Anregung von Fluoreszenz gesendet. In Fig. 1 ist der Laserlichtstrahl 14 der Laserlichtquelle 10 gezeigt und die angeregte Fluoreszenzstrahlung durch Pfeile angedeutet. Die am Meßort 12 angeregte Fluoreszenzstrahlung wird von einer Empfangseinrichtung 16 empfangen und über eine zu der Empfangseinrichtung 16 gehörige Filtereinrichtung 18, die auch gleichzeitig eine Auftrennung des Fluoreszenzlichts in einen Anteil bei der Wellenlänge F 690 (690 nm) und F 735 (735 nm) vornimmt, auf zwei Photodioden 20 abgebildet, wobei durch die punktierte Linie angedeutet werden soll, daß die Anzahl der Photodioden entspre­ chend der Anzahl der zu detektierenden Fluoreszenzbänder ausgelegt werden kann. Neben der Filtereinrichtung 18 weist die Empfangseinrichtung 16 auch eine Meßgebietbeschränkungs­ einrichtung (nicht gezeigt) zur Beschränkung des Ursprungsgebietes der empfangenen elek­ tromagnetischen Strahlung auf den Meßort 12 in Form eines Ortsfilters (nicht gezeigt) auf, um eine optimale Unterdrückung des Tageslichtes und der Anregungsstrahlung zu erreichen. Damit wird erreicht, daß bei einer Meßentfernung von mehreren Metern (bis zu ca. 6 m) trotzdem nur Fluoreszenzlicht aus einem Bereich mit einem Durchmesser von nicht mehr als 1 cm um den Laserlichtstrahl 14 der Laserlichtquelle 10 herum auf die Photodioden 20 trifft.

Im vorliegenden Fall wird die Fluoreszenzstrahlung auf genau zwei charakteristischen Wel­ lenlängen detektiert. Allgemein kann sie auf mindestens zwei charakteristischen Wellenlän­ gen detektiert werden, wobei darauf zu achten ist, daß jeweils mindestens eine charakteristi­ sche Wellenlänge durch Reabsorption im Meßobjekt abgeschwächt wird und eine weitere keiner Reabsorption unterliegt.

Den Photodioden 20 sind jeweilige analoge Signalverarbeitungseinrichtungen 22 nachge­ schaltet, welche beim Betrieb der gepulsten Laserlichtquelle 10 in der Lage sind, das Störlicht (Untergrund) während der Laserlichtimpulspause zu erfassen und für die Korrektur des Meß­ signals während des Laserlichtimpulses zur Verfügung zu stellen, wobei das hohe Störsignal nachfolgend vom Gesamtsignal subtrahiert wird. Die derart korrigierten Analogsignale wer­ den dann in der analogen Signalverarbeitungseinrichtung 22 digitalisiert und zur weiteren Auswertung an eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung 24 weitergegeben. Dort wird ein statistische Auswertung der Meßsignale und eine Ermittlung weiterer Parameter, wie zum Beispiel des Flächenbedeckungsverhältnisses der zu messenden Substanz, vorgenommen. Ein optionales Expertensystem (nicht gezeigt) erlaubt die Anpassung des Gerätes an unterschied­ liche Meßobjekte. Die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 24 stellt eine Benutzerschnitt­ stelle 26 zu einem am Gerät befindlichen Display (nicht gezeigt) mit Tastatur (nicht gezeigt) oder zu einem oder mehreren übergeordneten Datenverarbeitungssystem(en) (nicht gezeigt) zur Verfügung. Die Benutzerschnittstelle 26 erlaubt alternativ eine direkte Ansteuerung von Aktoren.

Das Gerät ist in einem robusten, wahlweise wasserdichten Gehäuse 28 untergebracht. Es zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, schwache, aktiv angeregte Fluoreszenzsignale vor dem Hintergrund des Sonnenlichtes aus Meßobjekten in einigen Metern Entfernung augensicher detektieren zu können. Ferner ermöglicht die kompakte, preiswerte Bauweise mit integrierter Datenverarbeitung und Benutzerschnittstelle zu übergeordneten Datenverarbeitungssystemen den Einsatz in vielen Bereichen der Landwirtschaft/Pflanzenzucht zur Erkennung des Nähr­ stoffbedarfs und von Streßfaktoren, im Umweltschutz und bei der Gewässerbeprobung.

Fig. 2 zeigt Details des in Fig. 1 gezeigten Gerätes, wobei Einzelheiten der Empfangseinrich­ tung und der analogen Signalverarbeitungseinrichtung im Prinzip nur für eine der Photo­ dioden 20 gezeigt sind. Wie Fig. 2 zeigt, wird der Laserlichtstrahl 14 einer Laserlichtquelle 10 mittels zweier Umlenkspiegel 30 koaxial zur Achse einer Linse 32 der Empfangseinrichtung auf ein Meßobjekt, d. h. im vorliegenden Fall auf ein Blatt 33 einer Pflanze gerichtet. Die Linse 32 bildet die angeregte Fluoreszenzstrahlung über eine Meßgebietbeschränkungsein­ richtung 34 in Form eines Ortsfilters und eine Filtereinrichtung 18 in Form eines wellenlän­ genselektiven Filters und nachfolgende optische Elemente (nicht gezeigt) auf die beiden in Fig. 1 gezeigten Photodioden 20 ab, wobei hier der Einfachheit halber nur eine der Photo­ dioden gezeigt ist. Jede Photodiode 20 wandelt das Meßsignal für eine jeweilige charakteristi­ sche Wellenlänge in ein jeweiliges elektrisches Signal um, das anschließend in einer analogen Signalverarbeitungseinrichtung 22 weiterverarbeitet wird, und zwar in der Form, daß in einer analogen Vorverstärkungseinrichtung 22a das während einer Laserlichtimpulspause von der jeweiligen Photodiode 20 erhaltene Signal (Störsignal) analog vorverstärkt und nachfolgend in einer analogen Störsignalspeichereinrichtung 22b analog gespeichert wird, nachfolgend in einer analogen Subtrahiereinrichtung 22c das gespeicherte Störsignal von dem während eines Laserlichtimpulses von der Photodiode 20 erhaltenen Signal (Gesamtsignal) und von der analogen Vorverstärkungseinrichtung 22a analog vorverstärkten Gesamtsignal subtrahiert, das Ergebnis der Subtraktion nachfolgend in einer analogen Verstärkungseinrichtung 22d analog verstärkt und dann mittels einer A/D-Wandlungseinrichtung 22e in ein digitalisiertes Signal umgewandelt wird. Das verstärkte digitalisierte Signal wird dann an die digitale Signalverar­ beitungseinrichtung 24 zur weiteren Verarbeitung und Auswertung weitergegeben. Die analo­ ge Verarbeitung der Signale vor einer Digitalisierung vermeidet durch den beschränkte Meß­ wertebereich (Dynamikbereich) verursachte Probleme bei der Digitalisierung von bei Tages­ licht erhaltenen Signalen.

Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10

Laserlichtquelle

12

Meßort

14

Laserlichtstrahl

16

Empfangseinrichtung

18

Filtereinrichtung

20

Photodiode

22

analoge Signalverarbeitungseinrichtung

22

a analoge Vorverstärkungseinrichtung

22

b analoge Störsignalspeichereinrichtung

22

c analoge Subtrahiereinrichtung

22

d analoge Verstärkungseinrichtung

22

e A/D-Wandlungseinrichtung

24

digitale Signalverarbeitungseinrichtung

26

Benutzerschnittstelle

28

Gehäuse

30

Umlenkspiegel

32

Linse

33

Blatt

34

Meßgebietbeschränkungseinrichtung

36

wellenselektiver Filter

Claims (23)

1. Gerät zur Messung von laserinduzierter Fluoreszenz von Pigmenten und/oder Umwelt­ schadstoffen, mit

• - einer gepulsten Laserlichtquelle (10) zur Aussendung von augensicherem Laserlicht mit einer zur Anregung von Fluoreszenz der Pigmente und/oder Umweltschadstoffe an einem Meßort (12) geeigneten Wellenlänge,
• - einer Sendeeinrichtung zum Senden des von der Laserlichtquelle (10) abgegebenen Laserlichts (Anregungsstrahlung) zum Meßort (12) zur Anregung von Fluoreszenz,
• - einer Empfangseinrichtung (16) zum Empfangen der angeregten Fluoreszenzstrah­ lung, die derart angeordnet ist, daß sie die Fluoreszenzstrahlung in Rückwärtsrichtung zur Einfallsrichtung der Anregungsstrahlung empfängt und eine Filtereinrichtung (18) zum Hindurchlassen von elektromagnetischer Strahlung mit mindestens zwei unter­ schiedlichen charakteristischen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen, bei denen Maxima in der Fluoreszenz der Pigmente und/oder Umweltschadstoffe vorliegen, und eine Meßgebietbeschränkungseinrichtung (34) zur Beschränkung des Ursprungsge­ bietes der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf den Meßort (12) umfaßt,
• - mindestens zwei Photodioden (20) zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung bei den mindestens zwei charakteristischen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen und Umwandlung in ein jeweiliges elektrisches Signal,
• - analogen Signalverarbeitungseinrichtungen (22) entsprechend der Anzahl der detek­ tierten Fluoreszenzwellenlängen, wobei jede eine analoge Vorverstärkungseinrichtung (22a) zur analogen Vorverstärkung des während eines Laserlichtimpulses von der Photodiode (20) erhaltenen Signals (Gesamtsignal) für eine jeweilige charakteristische Wellenlänge und zur analogen Vorverstärkung des während einer Laserlichtim­ pulspause von der Photodiode (20) erhaltenen Signals (Störsignal) für dieselbe cha­ rakteristische Wellenlänge, eine analoge Störsignalspeichereinrichtung (22b) zur analogen Speicherung besagten Störsignals, eine analoge Subtrahiereinrichtung (22c) zur analogen Subtraktion besagten Störsignals vom zugehörigen Gesamtsignal, eine analoge Verstärkungseinrichtung (22d) zur analogen Verstärkung des nach der Sub­ traktion resultierenden Signals und eine A/D-Wandlungseinrichtung (22e) zur A/D- Wandlung des verstärkten Signals umfaßt, und
• - einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung (24) zur digitalen Verarbeitung der di­ gitalisierten Signale.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Laserlicht­ quelle (10) im Bereich von 635 bis 670 nm liegt.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (10) zusätzlich Licht mit einer Wellenlänge emittiert, die im Bereich von 300 bis 400 nm liegt, oder daß das Gerät eine zusätzliche Laserlichtquelle mit einer Wellenlänge im Bereich von 300 bis 400 nm aufweist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlicht­ quelle (10) ein Laser, eine Laserdiode oder ein Diodenmodul ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsein­ richtung (16) eine Linse (32) mit sehr hoher Apertur zur Erfassung der angeregten Fluo­ reszenzstrahlung aufweist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (32) eine Sammellinse ist.

7. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (32) eine Fresnel-Linse ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrich­ tung derart gestaltet ist, daß die Anregungsstrahlung sich koaxial zur Achse der Linse (32) ausbreitet.

9. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser­ lichtquelle(n) (10), die Sendeeinrichtung, die Empfangseinrichtung (16) und die Photo­ dioden (20) gemeinsam in einem Gehäuse (28) untergebracht sind.

10. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fil­ tereinrichtung mindestens einen dichroitischen Spiegel oder Interferenzfilter aufweist.

11. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fil­ tereinrichtung (18) derart gestaltet ist, daß sie die zwei roten Chlorophyll- Fluoreszenzbänder F 690 und F 730 hindurchläßt.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung (18) zusätz­ lich das blaue Fluoreszenzband F 450 und/oder das grüne Fluoreszenzband F 530 hin­ durchläßt.

13. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß­ gebietbeschränkungseinrichtung (34) mindestens eine Blende oder einen Ortsfilter auf­ weist.

14. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die analo­ ge Störsignalspeichereinrichtung (22b) einen Sample/Hold-Schaltkreis umfaßt.

15. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die analo­ ge Subtrahiereinrichtung (22c) eine Subtrahiererschaltung mit Operationsverstärkern um­ faßt.

16. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigeein­ richtung zum Anzeigen der Ergebnisse der von der digitalen Signalverarbeitungseinrich­ tung (22) vorgenommenen Verarbeitung.

17. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgabeein­ richtung zur Ausgabe der Ergebnisse der von der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung (24) vorgenommenen Verarbeitung.

18. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Benutzer­ schnittstelle (26).

19. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine externe Bus- Ankoppelungseinrichtung.

20. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die digi­ tale Signalverarbeitungseinrichtung (24) eine Einrichtung zur Bildung mindestens eines Quotienten aus den digitalisierten Signalen für jeweils zwei unterschiedliche charakteristi­ sche Wellenlängen umfaßt.

21. Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Signalverarbeitungs­ einrichtung (24) eine Einrichtung zur Mittelwertbildung über mehrere digitalisierte Si­ gnale für eine jeweilige charakteristische Wellenlänge oder über mehrere Quotienten auf­ weist.

22. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Expertensy­ stem.

23. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es für ei­ nen Einsatz unter Wasser ausgelegt ist.