KR101433250B1

KR101433250B1 - 광독립영양 유기물의 광합성 파라미터를 형광측정법적으로 측정하는 방법, 상기 방법을 수행하는 장치 및 측정 챔버

Info

Publication number: KR101433250B1
Application number: KR1020097007491A
Authority: KR
Inventors: 세르게이 아이오시포비치 포고스얀; 유리 발레리에비치 카시미르코; 드미트리 니콜래에비치 마토린; 갈리나 유레브나 리스니첸코; 안드레이 보리소비치 루빈
Original assignee: 안드레이 보리소비치 루빈
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2014-09-22
Also published as: RU2006132691A; WO2008033057A3; WO2008033057A2; KR20090095542A; RU2354958C2; US20100068750A1

Abstract

본 발명은 형광측정계를 사용하여 생물학 및 환경 연구에 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 동일한 진폭과 변조 가능한 지속시간을 가지는 여기광 펄스을 생성하는 단계, 자연 조건에서 연구하는 동안 대상의 조사 강도를 모방한 일정한 배경 조명 아래 및 이들이 어둠 속에 적응된 후에 형광 엽록소 특성을 측정하는 단계, 전체적인 형광 강도 값에 따라 광합성 장치의 상태를 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명의 장치는 짝수개의 측정광원, 상기 광원의 전류 안정기, 및 상기 제어 유닛을 통하여 상기 광원의 전류 안정화기에 연결된 자연적인 조사 센서를 포함하며, 상기 전류 안정기의 출력이 상기 광원의 전기적 입력에 연결되고, 상기 전류 안정기의 입력이 제어 유닛에 연결된다. 측정 챔버가 본체의 축에 수직인 일 평면에 서로 정반대로 쌍으로 정렬된 짝수의 광원을 포함한다.

형광측정

Description

광독립영양 유기물의 광합성 파라미터를 형광측정법적으로 측정하는 방법, 상기 방법을 수행하는 장치 및 측정 챔버{Method for fluorometrically determining photosynthesis parameters of photoautotropic organisms, device for carrying out said method and a measurement chamber}

본 발명은 생물학 분야에 관한 것으로, 환경적인 연구, 특히 조류(algae)의 농도와 이들의 광합성을 측정하기 위한 수생 매질(aquatic medium)의 상태를 연구하고 평가하기 위하여 육수학(limnology)과 해양학(oceanology)에서 사용될 수 있으며, 또한 형광측정계(fluorometer)를 사용하여 수생 매질의 연속적인 분석이 요구되는 과학, 기술 및 환경 보호 분야의 다른 모든 분야에서 사용될 수 있다.

여러 생태학적 인자 및 육생 및 수생 생태계에 미치는 인위적인 (anthropogenic) 오염의 영향으로 광독립영양 유기물 세포의 농도와 광합성 활성이 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이들의 변화는 생태계의 다른 모든 나머지 사슬에도 변화를 일으킨다. 이러한 기능을 고려하여, 광합성 장치(photosynthetic apparatus, PSA)는 식물 상태를 측정하는데 가장 중요한 것으로 밝혀져 있다. 그래서, 식물 플랑크톤의 광합성 특성을 기록하는 것은 수생 매질의 상태를 종합적으로 평가하는 한 가지 방법이다.

현재 채택되어 있는 일차 광합성 반응의 모델은 두 개의 광계(photo system) PS1 및 PS2를 포함한다. PS2는 물을 산화시켜 산소와 양성자를 분리하고, 일차 및 이차 퀴논 수용체(quinone acceptor)인 Qa와 Qb를 환원시킨다. PS1은 플라스토퀴논(plastoquinone, PQ)의 풀(pool)로부터 최종 전자 수용체인 CO₂로 전자를 전달한다.

PS2의 반응 중심(RC)은 특별한 클로로필 분자 P680 으로 이루어지며, 이는 여기 상태에서 퀴논 수용체 Qa에 대한 일차 전자 공여체이다. PS2에 흡수된 광양자(light quantum) 에너지는 분리된 전하 P680⁺ Qa^-의 에너지로 변환될 수 있고, 상기 분리 전하의 에너지는 추가적인 광합성 반응에 사용되거나, 형광 양자(fluorescence quantum)를 방출함에 의하여 손실되거나, 또는 열로서 발산된다. 이러한 과정은 각각 속도 상수 K_ph, K_f, 및 K_d로 특정된다.

P680이 환원되고 Qa가 산화된 초기 상태를 열린 상태(open state)라고 부른다. 일차 쌍 P680⁺ Qa^-에서 전하분리 후에 즉시 형성된 상태는 RC의 닫힌 상태(closed state)라고 부른다. 이러한 상태에서, 여기(excitation)의 새로운 부분은 이차 공여체로부터의 P680⁺ Qa^-의 환원 및 이차 전자 수용체에 의한 일차 수용체의 산화에 의하여 초기의 열린 상태로 복귀할 때까지 그러한 중심에 의하여 사용될 수 없다.

RC의 열린 상태에서는 광합성에서 여기 에너지를 사용하는 효율이 크고, 에 너지 손실 가능성은 최소이며, K_f/(K_ph+K_f+K_d) 비와 동일한 형광의 양자 효율은 최소이며, 약 2%이다. 여기광의 일정한 강도가 RC의 닫힘을 야기하지 않는 경우에, 상기 형광 강도는 F₀ 값에 해당한다. 일차 광합성 반응에서 광 에너지 사용에 의한 높은 엽록소 형광의 효율은 광화학적 엽록소 형광 소멸(quenching)에 의해 제공된다. RC가 닫힌 상태에서 광화학적 전하 분리는 불가능하게 되고, 형광 양자 효율은 K_f/(K_f+K_d)까지 증가하는데, 이는 강도 값 Fm에 해당하고 약 5%이다. 형광 강도의 최대값과 최소값 사이의 차이(F_v+F_m-F₀-가변 형광)는 PS2의 열린 반응 중심에서 광화학적 광합성 반응에 사용되는 광 에너지 부분에 비례한다. 가변 형광 강도대 최대 형광 강도의 비 F_v/F_m(상대적인 형광 변수)는 RC가 광 에너지를 이용하는 효율과 동일하며, 광합성 과정에서 광 이용 효율을 구할 수 있게 한다. 효율 계수와 유사한 이러한 광합성의 무차원(nondimensional)적 에너지 특성은 보편적이고, 유기물의 종에 관련된 특수성(species-related specificity)에 의존하지 않는다.

어둠에 적응된 식물을 여기광에 노출시키면, 여러 단계를 가지는 시간에 따른 엽록소 형광 강도의 어느 정도의 변화(형광 유도 곡선)가 관찰된다. 먼저, 형광 강도는 열린 RC에서 형광 양자 효율(F₀)에 해당되는 수준(level)까지 증가한다. 이어서, 충분히 높은 작용광(acting light)의 강도 하에서, 형광 양자 효율은 Fm에 도달할 수 있다. 형광 엽록소 유도의 추가적인 단계는 결과적으로 형광 효율의 감소를 일으킨다. 이러한 효과는, 전자 전달을 가속화하는 동안의 광화학적 소멸의 증가와, PS2의 퀴논 수용체의 환원 정도의 적절한 감소 뿐만 아니라, 비광화학적 소멸 과정의 전개에 기인하며, 이는 광합성막에서 양성자 구배의 생성과 관련된 일부 과정에 의하여 제공된다.

따라서, 서로 다른 엽록소 형광 파라미터의 측정은 대상(object)의 광합성 장치에 관한 정보를 얻는 것을 가능하게 한다.

그래서, 이하의 형광 파라미터의 측정은:

Fo 는 RC를 닫지 않고 광합성 장치의 상태를 변화시키지 않는 시험광으로 여기하에서, 어둠 속에 시료를 오랫 동안 적응시킨 후 일정한 조명의 부재하에서의, 엽록소 형광 강도 값.

Fm 은 RC를 완전히 닫고 정지 수준(stationary level)에 도달하게 하는 광으로 여기하에서, 어둠 속에 시료를 오랫 동안 적응시킨 후 일정한 조명의 부재하에서의, 엽록소 형광 강도 값.

Ft 는 오랜 시간 일정한 조명 하에서의 엽록소 형광 강도 값.

F'm 는 대상(object)의 오랜 시간의 일정한 조명 및 대상의 광 여기가 광합성 장치의 RC를 완전하게 닫게 하는 조건에서의 엽록소 형광강도 값.

다음과 같은 광합성 유기물의 상태의 값들을 계산하도록 허용한다:

1. Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm 의 비율로서 PS2에서 전하 분리의 최대 양자 수율 .

이러한 파라미터는 어둠속에서 PS2의 활성 RC의 부분에 비례하고 광합성 과정의 잠재적인 효율에 해당한다.

2. 배경광에서 광화학적 소멸 - qP = (F'm-Ft)/(F'm-Fo')

3. 배경광에서 비광화학적 소멸 - NPQ = (Fm/F'm)-1,

4. 광합성 중 비순환 전자 전달의 파라미터를 반영하는 Y = (F'm-Ft)/F'm의 비율로서 PS2에 흡수된 광 에너지의 광화학적 변환의 양자 수율,

5. 수중의 플랑크톤의 풍부 지수(index of abundance)로서 Fo의 절대값,

6. Qa에서 Qb로 전자 전달 속도, 및 Fo에서 Fm 및 다른 것들로의 엽록소 형광의 강도 성장의 동역학(kinetics)에 의해 계산될 수 있는 광 안테나 및 퀴논 풀(pool)의 크기.

식물 유기물의 생리학적 상태를 평가하는 형광 방법은 가장 객관적이고, 비파괴적이며, 자연 서식지의 PSA 대상의 상태에 관한 데이타를 실시간으로 단시간에 받는 것을 가능하게 한다.

단파장(일반적으로 청색) 필터를 통한 일정한 광으로 대상를 조명하고, 이어서 여기광으로부터 형광 검출기를 보호하는 교차 적색 필터를 통한 형광 강도의 유도 변화를 기록함에 의하여 형광을 기록하는 단일 빔(beam) 방법이 알려져있다(Matorin D.N., Venedityov P.S. Chlorophyll luminescence in microalgal cultures and natural populations of phytoplankton // M.: Bnjgi nauki tekhniki, ARISTI. Series Biophysics. 1990. V.40. P. 49-100). 형광 수율이 작으므로, 광증배기가 검출기로 사용된다. 형광을 여기시키고, 광합성 장치의 상태와 형광 양자 수율이 변하지 않는 광합성 과정을 작동시키기 위해 동일한 빛의 빔을 사용하는 것은 이러한 측정 결과의 명확한 해석을 허용하지 않는다.

형광을 기록하는 이중-빔 방법이 알려져있는데(Lyadskiy V.V., Gorbunov M.A., Venediktov P.S. Pulse fluometer form studying primary photochemical process of green plants // Scientific reports of higher school. Biological sciences. 1987. V.11.P. 31-36.), 여기서 PSA의 상태 변화가 일정한 광속(light flux)에 의하여 수행되고, PSA의 변화를 탐지하기 위한 형광의 여기가 약한 변조광(modulated light)으로 수행되고, PSA의 상태가 형광 양자 수율의 변화에 의하여 평가된다.

변조된 형광 변조 신호를 기록하기 위해, 이 방법은 작용하는 광에 의해 여기되는 일정한 형광 신호를 통과시키지 않는 공명 증폭기(resonance amplifier)를 사용한다.

이 방법은 다소 좁은 동적 범위의 측정 및 작용 광의 강도를 갖는다. 따라서, 작용광의 포화 강도의 증가는, 다소 강한 탐지 광을 요구하므로 가변 형광 신호가 일정한 작용광에 의해 유도된 일정한 형광 신호의 잡음보다 더 크다. 그러나, 이 경우, 탐지 광은 상당한 전자 스트림을 유발할 수 있고, 이는 F₀ 값 측정에서 에러를 초래할 것이다. 또한, 상기 공지된 방법은, 억제제(디유론(diurone))의 사용을 전제로 하므로 측정을 훨씬 더 어렵게 하고 액내(submerged) 또는 유동 변이체(flowing variant)에서는 결국에는 실현할 수 없도록 한다.

탐지 광의 변조에 의한 형광 기록 방법이 또한 알려졌는데(펄스 진폭 변조하는 형광측정계(Ounis A., Evain S., Flexas J., Tosti S., Moya I. Adaptation of a PAM-fluometers for remote sensing of chlorophyll fluorescence // Photosynth. Res. 2001. V.68. No.2.P. 113-120), 여기서, 측정 광원으로서 발광다이오드가 높은 펄스 비율(펄스 사이의 간격이 약 1000㎲)의 적색광(650nm)의 매우 짧은 펄스(1㎲)를 생성한다. 펄스 형광 신호는 발광다이오드에 의해 검출되고, 동기식 검출기 펄스 증폭기에 의해 향상된다. 이 방법은, 작용 광 대 감지 광의 비를 10⁶까지 증가시키고, 작용 광의 넓은 강도 범위에서 신뢰성있게 형광 수준 F₀를 등록하게 한다. 동시에, 상기의 공지 방법은 광합성 반응 중심의 다중 작동(다중 턴오버)을 유도하는 일정한 광을 작용 광으로 사용하는 것을 포함한다. 이것은 데이터의 해석을 방해하고, 정상(steady) 상태에서 형광 주파수가 많은 인자에 의하여 영향을 받으므로, 각각의 인자의 기여를 결정하기 어려우므로, 결과적으로 결과의 논쟁적인 평가 가능성을 초래한다.

또한, "펌프-및-탐지(pump and probe)"방법에 기초하여 엽록소 형광의 파라미터를 측정하기 위한 광독립영양적 유기물의 광합성 파라미터의 형광측정방법이 또한 알려져있다(미국 특허 제 4,942,303호, IPC G01N 21/64, 1990년), 여기서 시료가 세가지 섬광에 의하여 연속적으로 조명된다:“약한 탐지(faint probing) - 강력한 포화 - 약한 탐지”. 강력한 펌프 섬광은 광합성 RC의 단일 턴오버를 유도하고, 상기 약한 탐지 섬광은, 닫힌 상태에서 열린 상태로 RC의 전이 과정에서 엽록소 형광의 양자 수율 변화의 동역학를 구하기 위하여 펌프가 작동된 후에, 서로 다른 시간에 공급된다.

알려진 강도의 일정한 작용 광의 존재하에서 포화 섬광의 전후에 형광 효율 을 측정하는 것은 광합성 속도의 측정을 가능하게 한다. 상기 펌프-및-탐지 방법은 구해진 PSA 파라미터의 범위가 다소 확장하는 것을 허용한다. 동시에, 흡수 단면 및 PS2 에서 PS1으로의 전자 스트림 속도의 측정을 위하여, 상기 “탐지 - 펌프 -탐지”의 섬광 순서가 30회 반복되어야 하고, 상기 펌핑 섬광의 강도가 0 에서 포화 수준까지 측정되거나, 펌프와 두 번째 탐지 섬광 사이의 지연 시간(dead time)이 80 ㎲에서 300㎲로 변화된다. 이러한 두 실험 프로토콜을 실현하는 것은 적절한 측정을 수행하기 위해 5 내지 10분의 형광계 작동을 필요로 한다. 이것이 상기 공지된 방법의 사용 범위를 제한하는데, 예를 들어, 해양에서 식물성 플랑크톤 형광의 수직 프로파일을 얻기 위하여 이러한 프로토콜이 종종 물의 1 미터 걸러서마다 수행되는 것이 요구되지만, 상기 시간이 허용할 수 없을 정도로 많아진다. 탐지 섬광의 강도를 PS2 포화 수준의 1% 미만으로 유지할 필요성은, 낮은 신호/잡음 비를 낳고, 특히 엽록소의 농도가 낮은 경우 적절한 측정 감도를 얻을 수 없도록 한다.

상기 공지된 펌프-및-탐지 형광측정계는 두 개의 서로 분리된 여기 채널(두 개의 섬광)의 사용을 포함하는데, 이는 구조를 확장시키고 형광측정계의 가격을 증가시킨다. 또한, 상술된 방법에 따른 실험 프로토콜을 완전히 실행하는 것은, 특히 해양에서 식물성 플랑크톤의 연구에 있어서, 많은 양의 전력을 요구한다. 이러한 조건은, 형광측정계에 대한 전원 공급을 위하여 전기 배터리를 사용하는 (부양 부표에서의) 장기적 독립 측정의 가능성을 제한한다.

할당된 목적에 대하여, 측정될 상기 광합성 장치의 파라미터의 세트가 결정 되고, 하나 또는 다른 여기 및 형광 기록 방법이 사용된다.

개시된 발명과 가장 근접한 공지된 기술적 해법은, 광독립영양 유기물의 광합성 파라미터를 형광측정법적으로 측정하는 방법인데(미국 특허 제 5426306호, IPC G01N 21/64, 1995년), 이는 시료에서 엽록소 형광을 여기시키는데 충분한 에너지를 갖는 여기광 펄스로 분석되는 매질 시료 부분에 광을 노출시키는 단계, 이어서 형광 강도를 측정하고, 이에 따라 조사되는 대상의 광합성 파라미터가 결정되는 단계를 포함한다.

상기 공지된 방법은, 식물성 플랑크톤에서 PS2의 점진적이고 증가하는 포화를 위하여 조절 가능한 에너지와 높은 주파수를 가지는 고속 반복 섬광(고속 반복 속도, FRR)을 여기광 펄스로서 사용한다. 이 방법은, RC 흡수 단면의 기능값(functional value), PS2의 광합성 유닛간 에너지 전달, 광화학 및 비광화학적 형광 소멸 및 PS2의 수용체 측에서의 전자 전달 동역학에 대한 데이터의 빠른 수집을 허용한다. 그렇지만, 광합성 유기물의 PSA 상태 및 활성을 형광측정법적으로 측정하는 공지의 방법의 가능성은, 단일 시료에 대한 형광 강도 F₀의 다중 측정을 가정하지 않기 때문에 이러한 주요 파라미터의 측정에서 심각한 에러를 초래한다. PSA 상태의 각 파라미터를 측정하기 위해, 상기 공지 방법은 개별 시료를사용하고, 이는 또한 큰 애러를 도입한다. 상기 공지 방법은 서로 다른 소멸 유형을 구하지 못하고, 이에 따라 전자 전달의 광 곡선과 최적화된 광합성 영역을 구하지 못한다. 상기 공지된 방법으로는 항산화시스템의 안정성도 또한 측정될 수 없다.

또한, 상기 공지된 방법은 식물성 플랑크톤 군의 생산 특성에서 일부 유기물 종들의 기여를 정의하지 못한다. 또한, 각각의 펄스가 개별적으로 모델화되어야 하고 일련의 100-200 펄스에서 그것이 다소 어려우므로, 수학적인 모델링 방법이 상기 공지된 측정 방법에 실질적으로 적용될 수 없다. 그러므로, 광합성 과정에서 전자 전달 반응의 속도 상수를 구(계산)하기 위해 공지된 방법에서 수학적인 모델을 사용하는 것은 단지 멀리 떨어진 근사적인 값만을 제공하거나 전혀 불가능하다.

광합성하는 유기물의 상태를 측정하기 위한 본 발명에 가장 근접한 공지의 장치는, 상술한 발명에 따른 방법을 구현하는 장치로서, 측정 챔버, 시료의 형광을 유도할 수 있는 측정 광원, 시료의 형광을 측정하기 위한 장치, 및 계산 장치, 상기 측정 광원 및 상기 시료의 형광을 측정하기 위한 장치에 연결된 제어유닛을 포함한다.

공지의 형광측정계의 제작은 일광뿐만 아니라 어둠 속 모두에서 광합성 파라미터 및 광합성 속도의 연속적인 측정을 수행할 수 있게 한다. 그렇지만, 공지된 방법의 기능적인 능력은 제한되고, 전자 전자의 광 곡선을 계산 및 수립하거나, 직접 측정될 수 없는 PSA의 신호와 파라미터가 구해질 수 있는 PSA 수학 모델을 수립하는데 필요한 유기물의 PSA를 특정하는데 필요한 갯수의 파라미터를 동시에 측정하는 것을 허용하지 않는다. 또한, 상기 공지의 장치에서 작은 형광 신호가 강력한 태양 조사의 배경에서 측정되기 때문에, 강한 태양광하에서 물 표면층의 개방 챔버(open chamber)에서 측정하는 것은 불가능하다.

또한, 형광 측정용의 공지된 모든 장치에서 측정 챔버는 많은 양의 산란광이 측정 챔버의 벽 및 이와 다른 구성 요소에 도달하여 여기광에 도달함으로써 야기되는 광수신기로부터의 고스트(ghost) 신호의 억제를 제공하지 않는다. 동시에, 낮은 함량의 식물성 플랑크톤 세포를 특징으로 하는 자연 조건에서 식물성 플랑크톤의 형광 파라미터의 측정은 장치의 높은 감도를 요구한다.

상술된 모든 인자들은 공지된 방법과 장치의 사용 가능성을 제한한다.

본 발명의 일 목적은 하나의 시료에서 높은 시간 해상도로 다중 측정을 수행함으로써 동시에 생태계의 생산 특성에 대한 개별적인 유기물 종의 기여를 구하고 또한 식물성 플랑크톤의 풍부성 및 이들의 인 시츄(in situ) 기능적인 상태를 연구하는 것 외에, 실시간 기준으로 자연 조건에서 이들의 생산 특성을 결정할 가능성을 통하여, 광독립영양 유기물의 광합성 장치의 활성의 형광측정법적 평가의 객관성 및 정확성을 증가시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전자 전달 광 곡선을 계산하고, 수학적 모델링 방법을 적용하여 이로써 광합성 과정을 특정하는 추가적인 파라미터를구하는 가능성을 구현함에 의하여 사용 범위를 확장하는 것이다.

본 발명은 또한 높은 작동 능력 및 작동 용량으로 광합성하는 유기물의 상태를 구하는 장치를 제조하는 것이다.

이러한 목적은 광독립영양적 유기물(photoautotrophic organism)의 광합성 파라미터를 형광측정법적으로 측정하는 방법에 의하여 해결되며, 상기 방법은 시료의 엽록소 형광을 여기시키는데 충분한 에너지를 갖는 여기광의 펄스에 분석되는 매질의 시험 시료를 노광시키고, 이어서, 연구되는 대상의 광합성 파라미터가 측정되는 형광 강도를 측정하며, 분석되는 매질의 하나의 시료에서 형광을 측정하고, 여기광의 펄스가 동일한 진폭을 가지며, 이들의 지속시간이 전자-전달 광합성 체인의 일부 연결에서 전자 전달 시간에 따라 순차적으로 변화되며, 자연 조건에서 연구하는 동안 대상의 조사 강도를 모방한 일정한 배경 조명 아래 및 상기 시료가 어둠 속에 적응된 후 모두에서 상기 엽록소 형광 특성이 측정되고, 형광 강도 값을 통합함으로써 상기 광합성 장치의 상태의 파라미터가 측정되는 것을 포함한다.

또한, 여기광의 펄스가 상기 광합성 장치의 상태에 영향을 미치지 않는 엽록소 형광 강도를 측정하기 위하여, 상기 펄스 지속시간(duration)이 1-5㎲로 선택되고, 50-100ms의 펄스간 간격을 가진다.

상기 시료에 지속시간 100-200㎲의 광 펄스를 조사하고, 상기 광 펄스의 시작으로부터 적어도 10㎲ 마다 상기 엽록소 형광 강도를 측정하고, 이어서 펄스가 지속되는 동안 상기 엽록소 형광 강도의 세기의 증가를 계산함에 의하여, 광합성 반응 중심의 안료의 광수확복합체의 상대적인 크기를 평가하는 것이 바람직하다.

PS2의 수용체 부분에서 상기 구성성분의 환원속도를 평가하기 위하여, 3000Jm^-2s^-1 이상의 평균 조사 속도 밀도에서 동일한 진폭과 각각의 그룹이 1-5㎲, 100-200㎲ 및 200-1000ms의 지속시간을 가지는 일련의 세 그룹의 광 펄스를 대상에 각각 충돌시켜, 이러한 각각의 펄스에 의하여 영향받는 상기 형광강도 변화의 동역학(kinetics)dmf 측정하고, 지속시간 1-5㎲의 펄스에 응답하는 형광강도는 여기광의 펄스가 상기 광합성 장치의 상태에 영향을 미치지 않는 상기 엽록소 형광강도에 해당하며, 지속시간 100-200㎲를 가지는 여기광 펄스에 응답하여 변화하는 상기 형광강도 유도곡선의 초기 부분의 상승각(elevation angle)에 의하여 광수확복합체의 상대적인 크기가 결정되고, 지속시간 200-1000ms를 가지는 광펄스의 효과에 응답하여 변화하는 상기 형광강도 곡선의 상승각에 의하여 퀴논 풀(quinone pool)의 상대적인 크기가 결정되는 것이 바람직하다.

엽록소 형광 강도의 최대 수준이 조사 속도 밀도 3000W/m² 에서 지속시간 200-500ms 의 광펄스를 시료에 공급함에 의하여 결정될 수 있다.

시료에 300-1000ms의 광 펄스를 노출시키고, 이들이 노출되는 동안 적어도 1ms 걸머 마다 상기 엽록소 형광 강도를 측정함에 의하여 변화하는 형광 동역학(kinetics)(유도 곡선)을 측정하는 것이 적합하다.

상기 형광 동역학의 측정 결과에 따라 광합성 장치의 수학적 모델이 만들어질 수 있고, 상기 모델에 따라 실험적으로 측정되지 않은 정량적인 특징 및 전자 전달 반응의 상수가 결정된다.

형광 파라미터들의 측정은 각각의 파라미터의 측정 후 여기 펄스의 순차적인 모드(mode) 변환에 의하여 하나의 매질 시료에서 수행되고, 이로써 각각의 다음 모드에서 상기 조사 지속시간은 상기 선행 노출보다 더 길게 선택된다.

상기 개시된 방법이 식물성 플랑크톤의 광합성 특성을 측정하기 위해 사용되는 것이 적절하다.

상기 선택된 시료가 식물성 플랑크톤의 생산 특성에 대한 상기 조류의 개별적인 종(species)의 기여 외에, 개별적인 세포의 개체군 이질성 (population heteroneneity)을 결정하는데 동시에 사용되는 것이 바람직하다.

식물성 플랑크톤의 생산 특성에 대한 조류의 개별적인 종들의 기여 및 개체군의 이질성을 측정하기 위하여, 상기 분석되는 매질의 두 번째 시료가 최초에 선택된 시료로부터 분리되고, 상기 두 번째 시료가 예를 들어 핵 필터(nuclear filter)를 통한 물의 여과에 의해 압축됨에 의하여 농축되고, 상기 얻어지는 농축물이, 예를 들어 나게오테(Nageotte) 챔버에서 세포의 하나의 층에 분포되고, 이어서 상기 식물성 플랑크톤 유기물 세포의 구체적인 조성이 시각 평가에 의하여 측정된다.

개체군에 속하는 종을 평가하는 것과 동시에, 상기에 따른 방법으로 각각의 세포에서 형광 파라미터가 측정되고 이들의 이질성이 측정되는 것이 바람직하나, 상기 광합성 과정의 효율과 세포 내의 안료의 풍부함에 의해 - 어둠 속에 시료를 오랫 동안 적응시킨 후 일정한 조명의 부재 하에서 광합성 장치의 상태에 영향을 주지 않는 여기광 펄스에서 엽록소 형광 강도의 값에 의해 - 상기 개체군에서 세포의 분포가 측정되는 것이 바람직하다.

상기 할당된 목적은 또한 측정 챔버, 상기 측정 챔버와 광학적으로 연결되어 있고 시료의 형광을 여기시킬 수 있는 광원, 상기 시료의 형광 측정용 모듈, 및 여기에 연결되며 컴퓨터에 연결된 제어 유닛을 포함하는, 광독립영양적 유기물의 광합성 파라미터를 형광측정법적으로 측정하는 장치에 의하여 해결되며, 상기 장치는 광원의 갯수가 짝수가 되도록 상기 측정 챔버에 광학적으로 결합된 하나 이상의 추가적인 광원, 상기 광원의 전류 안정기로서, 상기 전류 안정기의 출력이 상기 광원의 전기적 입력과 연결되고 상기 전류 안정기의 입력이 상기 제어 유닛에 연결되는 전류안정기, 상기 제어 유닛을 통해 상기 광원의 전류 안정기에 연결된 자연 조사 센서(sensor of natural irradiation)를 포함한다.

또한, 상기 광원이 동일하고 이들의 각각이 측정 광원 및/또는 포화 광원 및/또는 작용 광원으로 사용될 수 있다.

상기 시료의 형광 측정용 모듈이 형광 검출기의 독립적인 고전압 전원공급장치에 연결된 형태, 예를 들어 기록 수단, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터에 연결된 광증배기일 수 있다.

또한, 신호 처리기가 동기식 검출기를 통해 아날로그-디지탈 변환기에 연결된 하나 이상의 증폭기를 포함하며, 상기 아날로그-디지탈 변환기의 출력이 제어 유닛에 연결된다.

상기 신호 처리기가 4개의 직렬로 연결된 연산증폭기(operational amplifier)형태로 하는 것이 바람직하며, 이들 각각의 출력이 상기 관련된 동기식 검출기를 통하여 상기 제어 유닛에 연결된 아날로그-디지탈 변환기에 연결된다.

바람직한 구현예에서, 상기 광독립영양적 유기물의 광합성 파라미터를 형광측정법적으로 측정하는 장치는 펌프, 집전기(collector)로서, 상기 집전기의 첫 번째 출력은 측정 챔버에 연결되고 상기 집전기의 두 번째 출력은 상기 매질의 두 번째 시료의 농축을 위한 시스템에 연결는 집전기, 개별적인 세포의 형광 파라미터를 측정하기 위한 추가적인 측정 챔버로서, 상기 챔버로서 나게오테(Nageotte) 챔버를 사용하는 것이 적합한 추가적인 측정 챔버, 형광측정 노즐을 구비한 발광 현미경으로 이루어진 마이크로 형광 어댑터(adapter) 및 상기 광원의 전류 안정기를 통하여 상기 제어 유닛에 연결된 발광다이오드 광원을 포함할 수 있다.

또한, 상기 형광측정 노즐이 상기 시료의 형광 측정용 모듈 형태로 만들어질 수 있다.

상기 할당된 목적은 본체, 광원 및 상기 본체의 창에 마련된 형광 검출기, 및 상기 분석되는 매질의 시료를 상기 챔버로 공급하거나 이로부터 상기 시료를 제거할 수 있는 각각의 입구 및 출구 피팅(fitting)을 포함하는 측정 챔버에 의하여 해결될 수 있으며, 상기 챔버가 상기 첫 번째 광원에 정반대로 배열되어 있으며 상기 정반대로 배열된 광원으로부터 광을 흡수할 수 있는 하나 이상의 추가적인 광원을 추가적으로 포함한다.

상기 챔버가 상기 본체의 축에 수직인 일 평면에서 서로 정반대로 쌍으로 배열된 2 이상의 짝수개의 광원을 포함하며, 각각의 광원은 반대로 배열된 광원으로부터 광을 흡수할 수 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 형광 검출기가 광증배기 형태로 만들어질 수 있으며, 상기 광증배기의 광학시스템의 축이 본체의 축과 일치한다.

상기 시료를 동일한 진폭과, 상기 전자-전달 광합성 체인의 특정 단계에서의 전자 전달 시간에 해당하는 각각의 서로 다른 지속 시간의, 엽록소 형광을 여기시키는 광펄스에 시료를 노출시킨 결과, 본 발명은 특히 광합성의 이러한 단계에서 실행되는 반응들을 특정하는 파라미터를 가지는 응답 형광을 얻고, 이로써 하나의 시료에서 대상의 광합성 장치의 기능적인 상태값들의 전체를 측정할 가능성을 제공한다.

본 발명에 따른 방법에 의하여 얻어지는 데이터를 사용하여, 식물성 플랑크톤의 하나의 시료에 단일 펄스로 측정하는 것은 또한 광합성 과정의 충분히 정확한 수학적 모델을 수립할 가능성을 제공하며, 상기 모델에 따라 직접적인 방법으로 측정되지 않는 플랑크톤 조류의 광합성 장치에서 실행하는 반응 속도 상수들에 대한 비율이 평가된다.

본 발명은 또한 서로 다른 소멸 형태를 결정하고, 따라서, 전자 전달 광곡선을 계산하고, 시료 수확 장소에서의 자연광의 강도를 재생하는 조명을 측정 영역에서 창출함으로써 최적의 광합성 영역을 정의할 가능성을 제공한다.

본 발명의 다른 목적과 잇점은 광독립영양적 유기물의 광합성 파라미터를 형광적측정법적으로 측정하는 방법, 및 이를 수행하는 장치 및, 이러한 방법의 구체적인 구현예의 이하의 상세한 기재로부터 명확해질 것이다.

본 발명은 도면(도 1-5)과 함께 설명되며, 여기서:

도 1은 점화 광합성 반응의 모델 구조를 개략적으로 보여준다.

도 2는 형광 측정의 임시 다이아그램을 개략적으로 보여준다.

도 3은 식물성 플랑크톤 형광의 파라미터 측정용 장치의 블록 스킴을 개략적으로 보여준다.

도 4는 측정 챔버의 회로 설계를 개략적으로 보여준다.

도 5는 기술된 발명의 일 구현예로서 선상 형광측정계의 물리적인 구성을 개략적으로 보여준다.

시료에 긴 광펄스를 노출시키면, 광합성 반응의 후속적인 작동이 서로 다른 실행 속도 및 서로 다른 이러한 반응의 생성물과 함께 일어난다(도 1). 이와 함께, 이러한 반응의 실행에 의하여 제공되는 상기 엽록소 형광 수율이 변한다.

본 발명에 따르면, 연구중인 시료가 서로 다른 지속시간의 펄스에 노출되고, 이들 각각이 전자-전달 광합성 사슬에서 특정 단계에서의 전자 전달 시간에 해당하며, 광합성의 이러한 특정 단계에서 실행되는 반응을 특정하는 파라미터를 가지는 형광 응답이 얻어진다. 그래서, Qa를 환원하는 첫 번째 반응들 중의 하나의 특정한 시간은 약 100㎲이고, 따라서, 100㎲ 보다 매우 작은 펄스 지속시간에서 광합성 반응의 작동이 실질적으로 일어나지 않고, 이것이 1-5㎲의 광펄스 공급하에서 형광 수준이 모든 RC가 "열린" 상태인 경우의 엽록소 형광의 초기 수준에 해당하는지의 이유이다. 100-200㎲의 광펄스 지속시간에서 Qa를 환원시키는 과정이 일어난다. 이 과정에서, Qa는 실질적으로 산화되지 않고, 후속적인 전자-전달 사슬을 통한 전자 전달 과정이 매우 느린 속도로 일어난다. 이것은 형광 강도 변화의 초기 영역의 상승각(angle of elevation)에 의하여 광-수확 복합체의 상대적인 크기를 측정하는 것을 허용한다. 상슥각이 더 클수록, 광-수확 안테나의 상대적인 크기가 더 커진다.

지속시간 200-1000ms에서 여기광의 효과에 응답하여, Qa 및 Qb의 완전한 환원 및 이어지는 풀(pool)이 발생한다. 이로써, 추가적인 반응에서 퀴논 풀의 산화가 매우 적은 속도를 가진다. 이러한 조건에서, 상기 퀴논 풀의 상대적인 크기는 형광강도 변화 곡선의 평가 각도에 의하여 측정될 수 있다.

따라서, 상기 부분을 동일한 진폭과 서로 다른 지속시간의 엽록소 형광을 여기시키는 광펄스에 노출시킴에 의하여, 대상의 광합성 장치의 기능적인 상태의 일부 파라미터를 하나의 시료에서 측정할 가능성이 얻어진다.

이 과정에서, 대상의 엽록소 형광의 파라미터 측정은, 광합성 반응이 실행되고 고정-비(fixed ratio) 본성을 가지는 경우에, 시료 수확 지점에서 자연광과 동등한 작용광의 배경에서(또는 선택된 값의 조사 강도의 배경에서) 및 어둠에 시료의 적응 후의 모두에서 수행된다.

시료 수확 지점에서 자연광의 강도를 재생하는 조명을 측정 영역에서 생성하는 것은 서로 다른 형태의 소멸의 결정을 허용하고, 따라서, 전자 절달 광곡선의 계산을 허용하고, 최적의 광합성 영역을 찾는 것을 허용한다.

1000ms 초과의 펄스 지속시간이 증가함에 따라, 광합성의 많은 반응의 작동이 발생하여 얻어지는 데이터의 해석을 어렵게 하고 약 10분 동안 어둠 속에 상기 시료의 적응 없는 직접적인 고유의 측정 파라미터가 불가능해진다. 펄스가 더 길어질수록, 그 이후의 어둠 적응 시간이 더 길어져야 한다.

어둠에 적응 후에, 광합성의 전자-전달 사슬은 완전히 전자를 제거하고 광합성의 첫 번째 과정을 조절하는 메커니즘이 종료된다. 광이 있는 경우에, 광합성 과정을 조절하는 광반응 및 암반응 모두가 작동한다. 광펄스가 더 짧을수록, 광합성 장치를 변화시키지 않고 후속적인 펄스가 공급될 수 있는 시간이 더 짧아야 한다. 그러므로, 짧은 펄스가 공급되고 Fo가 처음에 측정되고, 이어서 남겨진 파라미터를 측정하고 각각의 측정 사이클의 시간을 절약하기 위하여 더 길어진 펄스가 공급된다. 얻어지는 데이터의 신뢰할 만한 통계적 분석을 위하여, 동일한 지속시간의 몇가지 펄스(그룹)가 공급된다.

식물성 플랑크톤의 하나의 시료에 대하여 단일 펄스로 측정하여 얻어진 데이터는 광합성 과정의 충분히 정확한 수학적 모델의 수립을 어렵게 만들고, 상기 수학적 모델에 따라 직접적인 방법으로 측정할 수 없는 플랑크톤 조류의 광합성 장치에서 실행되는 반응 속도들의 상수 비율이 계산된다.

본 발명에 다른 광합성 유기물의 상태를 결정하는 방법은 식물성 플랑크톤 세포의 엽록소 형광의 특성을 연구하는 구체적인 예에 의하여 보여진다. 그러한 선택은 지구의 광합성 생물학정 생성물의 거의 절반이 식물성 플랑크톤이라는 점에 기반한다.

식물성 플랑크톤 세포를 포함하는 물 시료의 수확은 구현하는 연구의 목적과 조건에 관련된 알려진 모든 방법으로 수행될 수 있다.

물 시료는 두 부분으로 나누어지고, 하나는 조명이 자연 조건에서의 경우에 대상의 조사 강도를 모방하여 만들어지는 측정 챔버, 다른 부분은 개별적인 매질 세포를 연구하고, 식물성 플랑크톤의 생산 특성에서 조류의 구체적인 종들의 기여를 결정하기 위하여 농축되어 개별적인 유닛에 위치된다.

이전에는 가장 유익한 형광 지표가 가정된 연구를 위하여 선택되고, 이어서 대상의 기능적인 PSA 상태의 형광 파라미터를 정확하게 측정하기 위한 여기 형광의 조건을 위한 측정 프로토콜 및 이들을 구현하는 하드웨어 세트를 개발한다.

시료는 선택된 알고리즘-변조 지속시간을 가지는 여기광 펄스에 시료가 노출되고 광 노출에 응답하는 식물성 플랑크톤 세포의 엽록소 형광이 측정된다. 시료의 광 노출의 모든 모드(mode)에서 여기광 펄스는 동일한 진폭을 가진다.

이하에서, 세 가지 지속시간의 펄스를 사용하여 상기에 고려된 형광 파라미터들을 전체적으로 정의하기 위하여 하나의 시료에서 동시에 측정하는 알고리즘의 일 예가 주어진다.

예비적으로, 측정 챔버에서 양자의 수에 있어서 시료 수확 지점에서의 자연적인 배경 조사와 동일한 일정한 조명이 만들어지거나, 조사 강도가 이하의 세가지 모드(도 2)에서 첫 번째 측정 단계를 수행하는 동안 시료 수확 지점에서 자연적인 조서의 통상적인 평균값에 기반한 실험자(perator)에 의하여 사전 설정된다.

1. 엽록소 형광 강도 결정 모드, 여기서 여기광 펄스는 광합성 장치의 상태에 영향을 미치지 않는다.

광펄스의 지속시간은 1 내지 5㎲이고, 펄스 간 간격이 50 내지 100ms이고, 조사 속도의 평균 밀도가 - 0.4Wm^-2 이하이다. 이 모드에서 엽록소 형광 강도 Ft의 평균값이 결정된다.

측정 횟수는 자동적으로 또는 실험자의 계산에 따라 미리 설정된 평균 오차 값을 얻을 필요에 따라 선택된다.

조사 속도의 평균 밀도가 0.4 Jm^-2s^-1이하이면, 1% 이하의 RC가 닫히고, 이번에는 짧은 펄스에 의하여 닫힌 모든 RC가 열린 상태로 되돌아갈 것이므로, 다음 펄스가 이미 10-100ms 내에 공급될 수 있다.

모드 1이 완성된 후에 모드 2가 작동한다.

2. 광합성 반응 중심의 안료의 광-수집 복합체의 상대적인 크기를 평가하기 위한 펄스 노출 시간 동안 엽록소 형광 강도 증가를 결정하는 모드

이러한 측정을 만들기 위하여, 100-200㎲의 지속시간을 가지는 광펄스가 시료에 공급되고, 다른 10㎲ 마다 상기 엽록소 형광 강도가 측정되고 상기 펄스에 의하여 얻어지는 엽록소 형광 강도의 평균 증가가 시간 강도의 도함수로서 계산된다.

측정 횟수는 자동적으로 또는 실험자의 계산에 따라 미리 설정된 평균 오차값을 얻을 필요에 따라 선택된다.

모드 2가 완성된 후에 모드 3이 작동한다.

3. 식물성 플랑크톤 세포의 광합성 장치를 광으로 완전히 포화시켜 엽록소 형광 강도의 동역학(kinetics)와 정상 수준을 결정하는 모드는 200-1000ms의 광펄스 지속시간 및 3000 Jm^-2s^-1의 평균 조사 속도 밀도에 의하여 생성된다. 엽록소 형광은 10㎲ 마다 광펄스의 시작부터 측정된다. 여기서 엽록소 형광 강도 속도는 퀴논 풀의 크기에 반비례한다.

상기 엽록소 형광 강도를 측정하는 모든 모드에서, 여기광 펄스는 동일한 진 폭을 가진다. 엽록소 형광을 여기시키는 광의 평균 동력(power) 밀도의 서로 다른 값들은 서로 다른 펄스 지속시간에 의하여 얻어진다.

4. 이어서, 자연 조건에서의 시료의 광 강도를 모방하는 일정한 배경 조명이 종료된다. 동일한 물 시료 부분을 어둠에 적응시킨 후에 엽록소 형광이 일정한 배경 조명 없이 모드 1, 2, 및 3에서 측정된다.

일정한 조명 아래 및 조명 없는 측정 결과에 따라 형광 파라미터가 결정된다:

- F₀는 일정한 배경 조명의 부재 및 대상를 어둠 속에 적응시킨 후의 1-5㎲의 지속시간을 가지는 여기광 펄스에 응답하는 엽록소 형광 강도 값이다.

- Fm은 일정한 배경 조명의 부재 및 대상를 어둠 속에 적응시킨 후의 200-1000ms의 지속시간을 가지는 여기광 펄스에 응답하는 엽록소 형광 강도의 최대 수준의 값이다.

- Ft는 1-5㎲의 지속시간을 가지는 펄스에 응답하는 일정한 배경 조명 하의 엽록소 형광 강도 값이다.

-F'm은 일정한 배경 조명 하에서 200-1000ms의 지속시간을 가지는 여기광의 펄스에 응답하는 엽록소 형광 강도의 최대 수준의 값이다.

이들로부터 화학식에 따른 파라미터가 주어진다:

1. Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm 의 비율로서 PS2에서 전하 분리의 최대 양자 수율.

이러한 파라미터는 어둠속에서 활성 RC의 PS2 부분에 비례한다;

2. 배경광에서 광화학적 소멸 - qP = (F'm-Ft)/(F'm-Fo');

3. 배경광에서 비광화학적 소멸 - NPQ = (Fm/F'm)-1;

4. 광합성 중 비순환 전자 전달의 파라미터를 반영하는 Y = (Fm'-Ft)/Fm'의 비율로서 배경 조사에 의하여 PS2에 흡수된 광 에너지의 광화학적 변환의 양자 수율;

5. 수중의 식물 플랑크톤의 풍부 지수(index of abundance)로서 Fo의 절대값;

6. Qa에서 Qb로 전자 전달 속도, 외에 Fo 에서 Fm 으로의 엽록소 형광의 강도 성장 동역학(kinetics)에 의해 계산될 수 있는 광 수확 안테나 복합체의 상대적인 크기 및 퀴논 풀(pool)의 상대적인 크기.

얻어지는 측정 데이터는 광합성 과정의 수학적 모델로 도입되고 직접적인 방법으로 측정될 수 없는 다른 파라미터가 계산된다.

식물성 플랑크톤의 생산 특성에 대한 조류의 개별적인 종의 기여를 결정하기 위하여, 두 번째 시료 부분이 핵 필터를 통한 물 여과에 의하여 압축되고, 얻어지는 농축물이 70㎕ 용량의 나게오테(Nageotte)챔버에서 하나의 층에 분배되고, 이어서 식물성 플랑크톤 유기물의 세포의 종들(species)의 조성이 시각적으로 결정된다. 상기 챔버에 존재하는 구체적인 식물성 플랑크톤 종들의 각각의 세포에서 형광 파라미터가 첫 번째 시료의 형광을 측정하기 위하여 적용되는 방법에 의하여 측정되고, 이어서 조류 종의 분포가 광합성 과정의 효율 및 세포에서 염료의 상대적 인 함량(F₀의 크기)에 따라 결정된다. 따라서, 먼저 연구되는 세포의 구체적인 구성물들은이 현미경의 시야에서 결정되고, 이어서 이들의 형광 특성이 결정된다. 이러한 측정은 각각의 지배적인 수십개의 식물성 플랑크톤의 개별적인 세포에서 행해지고, 측정 결과에 따라 종들의 조성 및 각각의 식물성 플랑크톤 조류 개체군의 세포 숫자가 결정되며, 광합성 염료의 상대적인 함량 및 일차 광합성 과정의 효율에 따라 각각의 조류 종의 세포의 분포가 결정된다.

측정을 위하여, 형광측정 노즐을 구비한 발광 현미경 및 여기 형광 펄스의 공급 시스템에 연결된 발광 다이오드 광원으로 이루어진 마이크로 형광 어댑터(adapter)를 포함할 수 있다.

개별적인 세포의 측정은 단일 마이크로조류 세포의 개체군의 이질성의 결정을 허용한다.

Fo, Fm, Ft, F'm의 전체적인 형광 강도값 및 식물성 플랑크톤과 개별적인 세포의 시료 부분의 응집물의 Fo 에서 Fm으로의 전이 동역학(transition kinetics)는 알려진 의존성 및 수학적 모델을 기반으로, 하나의 시료에서 전체로서 식물성 플랑크톤 집단의 광합성 장치의 상태 및 상기 집단이 포함하는 조류의 개별적인 종들을 결정하는 것을 허용한다.

본 발명을 구현하는 장치는 아래와 같이 구성된다.

측정 챔버(1)가, 광원(2) 및 형광 검출기(3)에 광학적으로 연결되며, 상기 챔버의 출력이 신호 처리기(4)를 거쳐 제어 유닛(5)에 연결되고, 상기 제어 유닛은 데이터 기록 및 처리 유닛(6), 예를 들어, 연산 장치, 특히 퍼스널 컴퓨터에 연결된다. 이것과 함께, 상기 광원(2)의 입력이 연결된 상기 광원의 전류 안정기(7)의 출력에 연결되고, 상기 전류 안정기의 입력이 제어 유닛(7)의 출력에 연결되며, 제어 유닛으로서 마이크로프로세서가 사용될 수 있다. 작용 광의 센서(8)가 제어 유닛의 출력에 연결되고 예를 들어 광 필터-수정 시스템을 구비한 광다이오드의 형태로 만들어질 수 있다.

신호 처리기(4)는 동기식 검출기(10)를 통하여 아날로그-디지탈 변환기(11)에 연결된 적어도 하나의 증폭기(9)를 포함할 수 있다.

바람직한 구현예에서, 신호 처리기(4)는 여러개의 직열-연결된 연산증폭기(9)로 이루어지며, 이들 각각의 출력은 동기식 검출기를 통하여 아날로그-디지탈 변환기(ADC)(11)에 연결되며, 이들의 출력은 퍼스널 컴퓨터(6)에 연결된 제어 유닛(5)의 입력에 연결된다.

광원(2)의 전류 안정기(7)는 제어 유닛(5)으로부터의 들어오는 구동 전압을 사전 설정된 알고리즘에 따라 필요한 광원(2)의 조사 강도를 제공하는 전류로 변환하는데 사용된다. 전류 안정기(7)는 여러개의 독립적인 채널의 형태로 만들어지고, 이들의 갯수는 광원(2)의 갯수에 해당하고, 이들 각각의 출력은 관련된 광원(2)의 전기적 입력에 연결된다. 안정기(7)의 각각의 채널은 예를 들어 제어 유닛(5)의 구동 출력에 연결된 직렬-연결된 전계 트랜지스터 및 안정 저항(ballast resistance)의 형태로 만들어질 수 있다.

형광 검출기(3)는 독립적인 고전압 전원 공급장치(12), 예를 들어, TRACO 모 듈 MHV 12-1.5,에 연결된 광증배기의 형태일 수 있다. 광증배기(3)로서 예를 들어 680nm 이상의 파장을 가지는 조사광의 기록을 가능하게 하는 인접한 광필터 KS18이 제공된 광전기 증폭기 PEM-79가 사용될 수 있다.

연산 장치 및 독립적인 직류 전원 공급장치를 가지는 제어 유닛은 복수-채널 전압 변환기(도면에 표시되지 않음)로부터 에너지가 공급된다.

광원(2) 및 광증배기(3)는 관련된 광학 시스템을 포함한다.

광원(2)으로서 발광다이오드가 사용될 수 있고, 상기 각각의 다이오드는 측정 광 및/또는 포화 광, 및/또는 일정한 조명의 역할을 수행할 수 있으며, 예를 들어, 612nm의 최대 조사 파장을 가지는 강력한 발광 다이오드 L400CWO12K, T4 Round(Ledtronics, Inc.)가 사용될 수 있다.

짝수개의 광원(2)은 상기 챔버의 본체(body)의 축에 수직한 일 평면에 그 축 주변에서 측정 챔버(1)의 창에 평탄하게 정열된다. 또한, 광원(3)은 서로 정반대로, 이들의 각각은 반대 광원으로부터 광을 흡수할 수 있도록 쌍으로 정열된다.

측정 챔버(1)의 본체(13)에서(도 4), 창(14)이 존재하고, 여기서 상기 광원(2)의 광학 시스템이 정열된다. 각각의 광학 시스템은 구형 렌즈(150, 광 필터(16) 및 장초점 렌즈(17), 여기서 광원(2)은 창(14)에서 본체(13)까지의 영역에 결합된 열싱크(18)에 부착된다. 창(19)에서 광증배기(3)의 광학 시스템이 정열된다. 광원(2)용 창(14)은 본체(13)의 축에 수직인 일 평면에서 서로 반대되는 쌍으로 광원을 배열할 수 있는 본체(13)의 축 주위에 배열된다. 촛점 렌즈(17)는 반대되는 조명기에서 광점(light spot)의 직경이 이 조명기의 직경을 초과하지 않도록 구현된다. 광증배기(3)용 창(19)은 광증배기(3)의 광학시스템과 동축으로 정열되고, 이들의 축은 본체(13)의 축과 일치한다.

첫 번째 시료 부분의 형광 파라미터를 측정하는 장치 유닛은 상기 제어 유닛과 함께 도 5에 보여지는 선상(abroad) 형광측정계 또는 주입 탐침 형광측정계인 전자 광학 측정 시스템이 밀봉된 본체에 조립된다.

상기 장치는 (도면에 도시되지 않는) 집전기(9)에 연결되며 시료를 두 부분으로 분배하는 집전기에 연결된 시료 펌프에 연결되며, 상기 부분의 하나는 측정 챔버(1)에 공급되고, 두 번째 부분은 새료 농충 시스템에 공급된다.

개별적인 식물성 플랑크톤 세포의 엽록소 형광의 측정 파라미터용 유닛은 농축 시스템, 발광광원으로 개조된 FMEL 1-A-타입 형광측정 노즐를 구비한 LUMAN-IZ-타입 발광 현미경의 테이블에 정열된 나게오테(Nageotte) 챔버, 전류 안정기, 제어 유닛 및 연산 장치를 포함한다. 상술된 형광 기록 모듈은 세포의 형광을 기록하고 측정하는데 사용된다.

상기 장치는 다음과 같이 작동한다.

연구되는 매질의 펌프-선택된 시료가 집전체로 들어오고, 여기서 식물성 플랑크톤을 포함하는 상기 물 시료가 두 부분으로 나누어지고, 이들의 하나가 측정 챔버(1)의 작업 공간으로 공급되고, 두 번째 부분이 개별적인 식물성 플랑크톤 세포의 엽록소 형광 파라미터를 측정하기 위한 유닛의 농축 시스템에 공급되고, 그 후에 상기 두 번째 부분을 나게오테 챔버에 위치하게 된다.

예비적으로, 상기 시료의 수확 지점에 작용하는 자연광의 강도(자연적인 수 중 조사)가 센서(8)에 의하여 측정되고, 제어 유닛(5)에 공급된다. 제어 유닛(5)으로부터 작용 광의 강도에 해당하는 신호가 자연 조사 측정을 따라 전류 안정기(7)를 통하여 광원(2)에 공급되고, 이로써 자연적인 수중 조사에 해당하는 조명을 측정 챔버(1)에서 생성한다.

자연광의 강도는 광합성 활동 방사(PAR)의 면적에 해당하는 400-700nm 범위에서 두 번째의 단위 면적 단위 당 광량자의 수에 의하여 측정된다. 조류의 형광 방출은 680-740nm의 파동 범위에서 발생한다. 따라서, 자연광은 (자연 매질의 특성인) 작은 조류 농도로 형광 강도를 측정하는 자연광의 효과 하에서 낮은 형광 효율(약 2%)을 가져, 엽록소 형광의 영역 특성을 직접 허용하지 않는다. 그러므로, 상술한 장치에서, 자연 조사를 모방하는 배경 조명은 400-600nm의 범위이나, 자연 조사와 동일한 광자수를 가지고 수행된다.

제어 유닛(5)는 (형광 신호를 측정할 기회가 주어지면) 측정 챔버(1)에서 시료 수확 지점에서 자연적인 조사의 조건과 광자 수에서 동일한 조사 강도를 제공한다.

식물성 플랑크톤의 시료 부분이 측정 챔버(1)에 위치되고, 여기서 시료 수확이 선택된 시간 다이아그램(도 2)에 일치하도록 광펄스에 노출되는 동안 조사(irradiance)가 생성되며, 상기 조사는 시료 수확 지점에서 매질의 조사에 해당한다.

짝수의 광원 및 광원을 쌍으로, 하나가 다른 것의 반대 방향으로, 배열함에 의하여, 상기 광학 시스템의 각각의 광원은 반대 광원의 광 "트랩(trap)"이다. 광 원의 그러한 배열은 측정 챔버의 벽에서의 다중 산란의 가능성을 배제하고, 여기광으로 형광 검출기(광증배기)의 고스트 발광을 감소시킨다.

구형 렌즈(15)에 의하여 광원(2)으로부터 도달하는 광은 광 필터(16)를 통과하는 평행하는 빔(beam)으로 수집되고, 반대편 광학 시스템(도 4)에서 시료에 산란되는 광과 함께 얻어질 수 있는 약하게 수렴하는 빔으로 장초점 렌즈(17)에 초점이 맞추어진다.

엽록소 형광의 스펙트럼 영역을 방출하는 광 필터를 포함하는 광학 시스템을 통과하는 시료 형광의 광신호는 광증배기(3)로 기록된다.

엽록소 형광의 그기에 대한 정보를 포함하는 광증배기(3)의 출력 신호는 신호 처리기(4)를 거쳐 데이타 기록 및 처리 장치(6), 이러한 특별한 경우에는 - 퍼스널 컴퓨터,에 공급된다.

자연 매질에서 식물성 플랑크톤의 농도는 0.01㎍/l 내지 100㎍/l의 충분히 넓은 범위에서 변화한다. 따라서, 그 농도 및 증폭기(3)의 출력에서 생성되는 전기적 신호의 크기는 사전에 알려지지 않는다. 식물성 플랑크톤의 농도가 낮으면, 전기적 신호가 작고 증폭기(9) 및 최대 증폭 계수를 가지는 동기식 검출기(10)로부터 수집된다. 농도가 증가하면, 따라서, 증폭기(9) 신호 상에서 전기적 신호가 이러한 증폭기의 최대값보다 더 커지고 이로써 객관적으로 측정될 수 없다. 그러므로, 출력 신호 처리기를 알려진 증푹 계수를 가지는 증폭기들(9 - 9³)의 사슬로 만들어지는 것이 바람직하다. 또한, 증폭기(9)의 증폭 계수는, 형광 신호가 증폭 경 로을 조절함 없이 하나의 펄스 마다 측정되는 것을 허용하도록, Fm 이 Fo를 4배 초과할 수 있다는 점을 고려하여 약 4로 선택된다. 그래서, 식물성 플랑크톤의 낮은 농도에 의해 전기적 신호는 작으며 최대 증폭 계수를 가지는 증폭기(9³) 및 동기식 검출기(10³)로부터 수집된다. 농도가 증가하면 따라서 증폭기(9) 신호의 전기적 신호가 이 증폭기의 최대값보다 더 커지게 되고 따라서 측정될 수 없다. 캐스캐이드(cascade) 회로에서, 신호가 동기식 검출기(10²)를 구비한 증폭기(9²)로부터 수집되고 신호가 수집되고, 형광이 추가적으로 증가하면 신호가 동기식 검출기(10¹)를 구비한 증폭기(9¹) 및 동기식 검출기(10)를 구비한 증폭기(9)로부터 수집된다. 동기식 검출기(10)의 출력 신호는 아날로그-디지탈 변환기(ADC, 11)로 디지탈화된다. 제어 유닛(5, 마이크로프로세서)이 형광 신호 값의 측정을 위하여 증폭기의 마지막 캐스캐이드에 가장 근접한 포화되지 않은 채널을 선택한다.

따라서, 하나의 측정 사이클(하나의 펄스)에서 관련된 증폭 계수를 고려하여 "오버스윙(overswing)" 증폭기를 선택함에 의하여 모든 농도가 측정된다. 그러한 신호 처리의 도식화는 측정의 동적 범위를 확대시키고 상기 유도 과정의 초기 단계의 시작 광 주기에서 측정하는 것을 허용하고, 자연적인 매질에서 발생하는 식물성 플랑크톤 농도의 모든 범위에서 작동하는 것을 가능하게 한다.

측정 사이클의 제어는 마이크로프로세서 제어 유닛(5)에 의하여 수행되고, 이의 출력으로부터 엽록소 형광 강도의 정보를 포함하는 신호가 퍼스널 컴퓨터(6) 에 온다. 광합성 장치의 수립된 수학적 작동 모델에 도입되는 형광 파라미터의 측정 결과에 따라, 간접 실험에서 정의할 수 없는 전자 전달 반응의 속도 상수가 특별한 프로그램을 사용하여 계산된다.

선택된 측정 프로그램에 따른 퍼스널 컴퓨터(6)는 제어 장치(5)에 측정 제어 명령, 특히 전류 안정기(7) 및 따라서 광원(2) 외에 작용광의 센서(13)(시료 수확 지점에서 조사 측정기)의 작동 알고리즘,을 제공한다.

식물성 플랑크톤의 생산 특성에의 개별적인 조류 종들의 기여를 평가하기 위하여, 분석되는 매질의 두 번째 시료가 핵 필터(20)를 통한 물의 여과에 의하여 농축(압축)된다. 농축된 조류는 70㎕ 용량을 가지는 나게오테 챔버에 위치되고 여기서 이들이 세포의 한 층에 분배된다.

나게오테 챔버에서 준비의 시각적인 조절을 제공하는 더 낮은 조명으로, 시야에 존재하는 각각의 세포가 지름 37.5㎛의 측광 영역에서 부재물대(substage)에 의하여 치환된다. 실험자의 명령에 의하여, 컴퓨터가 발광 다이오드로부터의 일련의 광펄스에 응답하는 형광 측정으로 이루어진 사이클을 활성화시킨다. 측정 결과에 의하여, Fo 및 Fm의 평균값이 세포에서 염료의 풍부함 및 발광 과정의 효율을 특정하고, 이에 의하여 서로 다른 조류 종의 세포 분포가 판단된다.

일 예로서, 흑해 해안으로부터 지배적인 조류의 형광 특성 연구가 제시된다.

첫 번째 연구일의 데이터를 기반으로, 식물성 플랑크톤 집단에서의 지배종이 선택되고 세포의 분포 분석이 광합성 효율값에 의하여 수행되었다. 연구 기간동안, 이원자인 니즈세히오이데스(Th. nizsehioides)와 프라질시미아(Rh. fragilissima)의 대표물들은 억제되었다. 이러한 세포의 약 절반은 매우 낮은 수준의 광합성 효율을 가진다. 조류 배양 및 자연적인 개체군에서 얻어진 데이터를 사용하면, 0.3 미만의 (Fm-Fo)/Fm의 평균값의 수준으로, 조류 세포의 개체군 증가는 불연속이다. 그러므로, 상대적인 형광 변수에 따른 니즈세히오이데스(Th. nizsehioides)와 프라질시미아(Rh. fragilissima) 세포의 분포는 이러한 종들의 개채군의 감소의 예측을 허용한다. Nitzchia sp. 의 대부분의 세포 및 디노그라젤라테스(dinoglagellates G.)의 대표물은 이들에 대한 바람직한 조건을 증명하는 높은 광합성 효율을 가지며 개체군에서 이러한 종들의 증가 예측을 허용한다. 연구 시작 2 주 후에, 울피(G. wulffii) 세포의 풍부함이 크게 증가하였다. 동일하지만 다소 덜 한 정도로, 닛치아(Nitzschia sp.) 세포에 대하여 발생하였으나, 니즈세히오이데스(Th. nizsehioides)및 프라질시미아(Rh. fragilissima)의 세포는 간헐적으로 발생하였다.

표 1에서, 마이크로조류의 상기 종들의 발생, 개별적인 세포의 광합성 염료의 상대적인 함량에 해당하는 형광 강도 Fo의 평균값, 및 유기물의 일차 광합성 과정의 효율을 보여주는 조류 형광의 상대적인 변수(Fm-Fo)/Fm의 평균값이 제시된다. 물 시료가 2002년 9월 "압흔(denting)" 영역(북위 44°32.8 및 동경 37°57.7)에서 수집되었다; 염료 함량은 형광 강도값 Fo에 의하여 계산되었다.

표 1. 조류 종들, 식물성 플랑크톤의 총 생물량(biomass)에서 이들 생물량의 기여, 광합성 염료의 함량 및 개별적인 세포의 형광 변수 (Fm-Fo)/Fm

종	생물량의 기여, (Fo), %	염료 함량 10-12g/cell			Fv/Fm, 상대적인 단위
종	생물량의 기여, (Fo), %	최소	최대	평균	최대	평균
슈도솔레니아 칼카르-아비스 (Pseudosolenia calcar-avis)	56	18	633	182	0.55	0.09
닥틸리오솔렌 프라질리시무스 (Dactyliosolen fragilissimus)	0.8	10	95	36	0.39	0.04
탈라시오네마 닛치오이데스 (Thalsssionema nitzschioides)	0.8	9	67	32	0.43	0.17
실린드로테카 크로스테리움 (Cylidrotheca closteriun)	0.01	14	79	38	0.63	0.28
슈도-닛치아 세리아타 (Pseudo-nitzschia seriata)	1.7	17	26	23	0.39	0.37
슈도-닛치아 델리카디시마 (Pseudo-nitzschia delicatissima)	6.0	10	30	17	0.23	0.04
체토세루스 아피니스 (Chaetocerus affinis)	0.4	16	491	120	0.50	0.18
짐노디니움 (Gymnodinium sp.)	0.5	9	405	122	0.60	0.36
프롤로센트룸 리마 (Prorocentrum lima)	1.5	145	428	290	0.59	0.48
프롤로센트룸 미칸스 (Prorocentrum micans)	3.5	171	718	392	0.47	0.19
프롤로센트룸 코르다툼 (Prorocentrum cordatum)	0.45	36	100	74	0.59	0.41
시립시엘라 트로코이데아 (Scrippsiella trochoidea)	0.22	67	251	174	0.56	0.47
세라티움 푸르카 (Ceratium furca)	3.9	60	745	287	0.24	0.10
세라티움 푸수스 (Ceratium fusus)	1.2	83	637	275	0	0

본 발명은 마이크로조류 세포의 광합성 장치의 기능적인 상태의 평가용 외에 이러한 식물성 군락(phytocoenosis)에서 식물성 플랑크톤의 일주 종들의 동적 개체군의 단기 예측용의 데이터 수집에 적용될 수 있다. 상술된 방법의 높은 민감도와 작동 속도는 자연 조건에서 식물 대상에 대한, 특히 매우 생산성이 낮은 해양 영역에서도 자연적인 식물성 플랑크톤의 연구를 위한 신뢰성 있는 측정을 허용한다.

본 발명은 단지 광합성 유기물의 형광 측정용으로만 한정되지 않으며, 모든 경우에 적용가능하며, 여기서 일련의 섬광이 형광 측정을 기반으로 하는 화학적 및 생물학적 테스트와 같은 과정에 대한 상세한 연구의 수행을 허용한다.

Claims

광독립영양적 유기물(photoautotrophic organism)의 광합성 파라미터를 형광측정법적으로 측정하는 방법으로서,

시료의 엽록소 형광을 여기시키는데 충분한 에너지를 갖는 여기광의 펄스에 분석되는 매질의 시험 시료를 노광시키는 단계; 및

연구되는 대상의 광합성 파라미터가 측정되는 형광 강도를 측정하는 단계;를 포함하며,

여기광의 펄스가 동일한 진폭과 가변 지속시간을 가지며,

자연 조건에서 연구하는 동안 대상의 조사 강도를 모방한 일정한 배경 조명 아래 및 이들이 어둠 속에 적응된 후에 상기 엽록소 형광 특성이 측정되고,

형광 강도 값의 전체에 의해 상기 광합성 장치의 상태가 측정되는 방법.
제 1 항에 있어서, 여기광의 펄스가 상기 광합성 장치의 상태에 영향을 미치지 않는 엽록소 형광 강도를 측정하기 위하여, 펄스 지속시간이 1-5㎲로 선택되고, 펄스간 간격이 50-100ms로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 대상에 지속시간 100-200㎲의 광 펄스를 조사하고, 상기 광 펄스의 시작으로부터 적어도 10㎲ 마다 각각 상기 엽록소 형광 강도를 측정하고, 이어서 펄스가 지속되는 동안 상기 엽록소 형광 강도의 세기의 증가를 계산함 에 의하여, 광합성 반응 중심의 안료의 광수확복합체의 상대적인 크기를 평가하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 광시스템 2의 수용체 부분에서 구성성분의 환원속도를 평가하기 위하여, 3000Jm^-2s^-1 이상의 평균 조사 속도 밀도를 가지며 동일한 진폭과 각각의 그룹이 1-5㎲, 100-200㎲ 및 200-1000ms의 지속시간을 가지는 일련의 세 그룹의 광 펄스에 대상이 각각 노출되고, 이러한 각각의 펄스에 의하여 영향받는 상기 형광강도 변화의 동역학(kinetics)이 측정되며, 1-5㎲의 펄스 지속시간에 응답하는 형광강도는 여기광의 펄스가 상기 광합성 장치의 상태에 영향을 미치지 않는 상기 엽록소 형광강도에 해당하며, 지속시간 100-200㎲를 가지는 여기광 펄스에 응답하여 변화하는 상기 형광강도 유도곡선의 초기 부분의 상승각(elevation angle)에 의하여 광수확복합체의 상대적인 크기가 결정되고, 지속시간 200-1000ms를 가지는 광펄스의 효과에 응답하여 변화하는 상기 형광강도 곡선의 상승각에 의하여 퀴논 풀(quinone pool)의 상대적인 크기가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 엽록소 형광의 최대 수준이 지속시간 200-500ms 및 조사 속도 밀도 3000Jm^-2s^-1 의 광펄스로 시료를 조사함에 의하여 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 광합성 전자 전달 체인에서 전자 전달 속도 상수들의 비율을 측정하기 위하여 상기 시료가 300-1000ms의 광 펄스에 노출되고, 상기 엽록소 형광강도가 상기 펄스의 지속시간 내에 적어도 1ms 걸러서 마다 각각 측정되고, 상기 측정 결과에 의하여 변화하는 형광의 동역학이 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 형광 파라미터들의 측정은 각각의 파라미터의 측정 후 여기 펄스의 순차적인 모드(mode) 변환에 의하여 하나의 시료에 대하여 수행되고, 각각의 다음 모드에서 상기 조사 지속시간은 각각의 선행 모드에서 조사 지속시간보다 더 길게 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 식물성 플랑크톤의 광합성 특성을 측정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 시료가 식물성 플랑크톤의 생산 특성에 대한 조류의 개별적인 종(species)의 기여를 측정하고 또한 상기 조류의 지배적인 종의 개체군 이질성(population heteroneneity)을 측정하는데 동시에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 분석되는 매질의 두 번째 시료가 상기 생산 특성에 대한 조류의 지배종의 기여를 측정하기 위하여 최초에 선택된 시료로부터 분리되고, 상기 두 번째 시료가 핵 필터(nuclear filter)를 통한 물의 여과에 의해 압축됨에 의하여 농축되고, 상기 얻어지는 농축물이 나게오테(Nageotte) 챔버에서 하나의 층에 분포되고, 이어서 상기 식물성 플랑크톤 유기물 세포의 구체적인 조성이 시각 평가에 의하여 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10 항에 있어서, 각각의 세포에서 상기 개체군의 종을 평가하는 것과 동시에, 서로 다른 조류 종의 분포가 상기 광합성 과정의 효율과 세포 내의 안료의 상대적인 함량에 의해 서로 다른 조류 종의 분포가 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
광독립영양 유기물의 광합성 파라미터를 형광측정법적으로 측정하는 장치로서,

측정 챔버;

측정용 광원;

시료의 형광 측정용 모듈; 및

데이터 기록 및 처리 유닛, 상기 측정용 광원 및 상기 시료의 형광 측정용 모듈에 연결된 제어 유닛;을 포함하며,

상기 측정용 광원이 상기 측정 챔버와 광학적으로 연결되어 있고 시료의 형광을 여기시킬 수 있으며,

상기 장치가,

광원의 갯수가 짝수가 되도록 상기 측정 챔버에 광학적으로 결합된 하나 이상의 추가적인 광원;

상기 광원의 전류 안정기; 및

상기 제어 유닛을 통해 상기 광원의 전류 안정기에 연결된 자연 조사 센서(sensor of natural irradiation);를 추가적으로 포함하며,

상기 전류 안정기의 출력이 사이 광원의 전기적 입력과 연결되고 상기 전류 안정기의 입력이 상기 제어 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 장치가 측정 광, 포화 광 및 작용 광 중 하나 이상을 발광할 수 있는 동일한 광원들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 시료의 형광 측정용 모듈이 독립적인 고전압 전원공급장치에 연결된 형광 검출기이고, 상기 형광검출기가 신호처리기를 통하여 제어유닛에 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 신호 처리기가 동기식 검출기를 통해 아날로그-디지탈 변환기에 연결된 하나 이상의 증폭기를 포함하며, 상기 아날로그-디지탈 변환기의 출력이 제어 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16 항에 있어서, 상기 신호 처리기가 4개의 직렬로 연결된 연산증폭기(operational amplifier)를 포함하며, 이들 각각의 출력이 상기 관련된 동기식 검출기를 통하여 상기 제어 유닛에 연결된 상기 아날로그-디지탈 변환기에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 장치가 펌프, 집전기(collector), 개별적인 세포의 형광 파라미터를 측정하기 위한 추가적인 측정 챔버, 형광측정 노즐을 구비한 발광 현미경 및 상기 광원의 전류 안정기를 통하여 상기 제어 유닛에 연결된 발광다이오드 광원으로 이루어진 마이크로 형광 어댑터(adapter)를 포함하며,

상기 집전기의 첫 번째 출력은 측정 챔버에 연결되고 상기 집전기의 두 번째 출력은 상기 두 번째 매질 시료의 농축 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
제 18 항에 있어서, 상기 추가적인 측정 챔버가 나게오테(Nageotte) 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
측정챔버로서,

본체;

광원;

상기 본체의 창에 마련된 형광 검출기; 및

분석되는 매질의 시료를 상기 챔버로 공급하거나 이로부터 상기 시료를 제거할 수 있는 각각의 입구 및 출구 피팅(fitting);을 포함하며,

상기 챔버가 상기 광원에 정반대로 배열된 하나 이상의 추가적인 광원을 추가적으로 포함하며,

상기 추가적인 광원이 상기 광원으로부터 광을 흡수할 수 있는 것을 특징으로 하는 측정챔버.
제 21 항에 있어서, 상기 측정챔버가 상기 본체의 축에 수직인 일 평면에서 서로 정반대로 쌍으로 배열된 2 이상의 짝수개의 광원을 포함하며, 각각의 광원은 상기 반대로 배열된 광원으로부터 광을 흡수할 수 있는 것을 특징으로 하는 측정챔버.
제 21 항에 있어서, 상기 형광 검출기가 광증배기이며, 상기 광증배기의 광학시스템의 축이 본체의 축과 일치하는 것을 특징으로 하는 측정챔버.