魚類與水生生物呼吸代謝及魚類游泳能力、行為跟蹤測量系統(tǒng)

魚類呼吸行為測量儀器

簡介 

    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(tài)學、水體環(huán)境毒理學、水產(chǎn)養(yǎng)殖、魚類行為生理生態(tài)、水生動物發(fā)育生態(tài)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(wěn)水平——相當于其基礎代謝率。從圖中還可以看出，本系統(tǒng)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(tǒng)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(yōu)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(xù)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(nèi)，循環(huán)泵可以確保呼吸室內(nèi)水體的均一并保證有足量的水體流經(jīng)傳感器，而水體交換泵可以使周邊水體與呼吸室內(nèi)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(huán)泵開啟，水體交換時交換泵開啟循環(huán)泵關閉，等待時交換泵關閉循環(huán)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(jiān)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。

魚類呼吸行為測量儀器

配置方案：

系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集及分析單元、O₂等測量單元、水環(huán)境控制單元、呼吸室及其它配件或備選件。根據(jù)需求，有單通道、4通道、及更多通道測量系統(tǒng)，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。根據(jù)溶解氧傳感器的不同，又有原電池氧電極傳感器組成的系統(tǒng)和光纖熒光氧氣傳感器組成的系統(tǒng)兩種。

原電池氧電極技術，適于500ml以上的呼吸室及呼吸室周邊水域溶解氧控制，具體有1通道、4通道、8通道供選擇

溶解氧測量為光纖熒光傳感器技術，具體有1通道、4通道、8通道供選擇

呼吸室分靜態(tài)呼吸室和游泳室（活動呼吸室）兩類。對于靜態(tài)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(shù)據(jù)采集和分析單元：包括主機和軟件，主機有數(shù)據(jù)采集和繼電控制作用，為8通道（同時對8個靜態(tài)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(nèi)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(shù)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(shù)據(jù)自動儲存成Excel文檔和所有原始數(shù)據(jù)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(jiān)測，穩(wěn)定性強，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(nèi)徑2.0mm，被覆有光隔離材料以避免生物自發(fā)光造成的干擾，因而可以測量藻類等（有葉綠素熒光）具有內(nèi)部自發(fā)光的生物耗氧；零氧耗、高穩(wěn)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(shù)采中間加一個前置放大器配合使用；

3）、水環(huán)境控制模塊包括水溫監(jiān)測控制系統(tǒng)、氧氣監(jiān)測與調(diào)節(jié)系統(tǒng)及CO2/pH監(jiān)測與控制系統(tǒng)等，每個監(jiān)測控制系統(tǒng)又有單通道和4通道供選配。

水溫監(jiān)測控制系統(tǒng)包括控制器主機、溫度傳感器、潛水泵、不銹鋼撒熱旋管等；Pt100溫度傳感器，測量范圍-200°C至850°C；Eheim潛水泵；溫度調(diào)控范圍-20°C至 60°C，最大功耗3.5瓦，響應時間1-60妙，精度優(yōu)于0.2°C

氧氣監(jiān)測與調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器主機、原電池氧電極、螺線閥等；原電池氧電極，測量范圍0-200%；響應時間0.4-60妙，精度讀數(shù)的0.1%，最大功耗3.5瓦。系統(tǒng)通過程控螺旋閥加氧或加氮以控制水質處于過氧或缺氧狀態(tài)

CO2/pH監(jiān)測控制系統(tǒng)包括控制器主機、pH機、螺旋閥、氣石及CapCTRL調(diào)控軟件等，通過監(jiān)測PH值間接確定水中CO2含量并調(diào)節(jié)控制水的PH和CO2含量并實時監(jiān)測，PH值測量范圍0-14，分辨率0.01.用于監(jiān)測和控制水體pH或pCO2。

4）、 靜態(tài)呼吸室：玻璃或丙烯酸有機玻璃，直徑3.3cm到190cm各種規(guī)格供選配，長度根據(jù)用戶需求而定（取決于魚類的長度），還可根據(jù)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(guī)格供選配，技術規(guī)格如下：

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：

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(guī)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。