易科泰地质地球科学国际先进技术推介

北京易科泰生态技术公司致力于地球-海洋科学、农业科学、植物科学、生态科学等国际先进仪器技术的引进推广、技术集成及技术方案提供，本辑内容主要包括地球科学领域如样芯密度扫描与元素分析技术、LIBS元素分析技术、GeoDrone®无人机遥感技术、海洋藻类测量与监测技术、土壤呼吸与碳通量测量监测技术等。

一、CoreScanner样芯元素分析与CT密度成像技术

CoreScanner芯体元素分布与密度扫描分析系统由瑞典ITRAX公司研制生产，集成了X-光扫瞄成像技术（CT）、XRF元素分析技术及光学扫描成像技术等，可以对海洋湖沼等沉积样芯、地球地质样芯等的X-光数码扫描成像样芯密度分布分析和元素浓度分布分析，用于海洋勘测研究、地球地质勘测研究、地质资源勘测研究、地质年轮及环境气候年轮分析等领域，高解析度、非接触和非损伤性扫描分析，可以对大量样芯及形成几百万年的剖面样芯进行快速分析，是目前世界的海洋湖泊沉积样芯及地球地质样芯分析系统。其主要功能特点为：

l 结合了XRF技术、X-光密度扫描技术（CT）、高分辨率彩色扫描成像技术及磁化率扫描（选配）等国际先进技术

l 样芯数字化技术，样芯数字化彩色扫描图像、数字化密度分布图像（CT）、数字化元素浓度分布图像及磁化率等形成数字化样芯，全面反映样芯理化特性乃形成历史等、环境变迁史、地质史等

l XRF元素分析技术（Al-U）直接给出元素实际浓度及样芯剖面浓度分布，常见的元素浓度分布分析包括Al、Si、S、Cl、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Br、Rb、Sr、Zr、Ba和Pb等，高精确度、高灵敏度（ppm级）、高稳定性

l 系统软件具备强大的数据分析功能，不仅可以分析展示不同元素浓度的分布，还可给出不同元素比率的分布，如Ca/Fe、Si/Ti、Si/Sr、Ca/Sr、Fe/Rb、Cu/Rb、Zr/Rb、Mn/Ti、Ba/Ti、Br/Ti、Br/Cl、Inc/coh等，这些比率分布具有重要的科学意义，如Br/Cl意味着富含有机质的沉积层等

l 检测分析效率高，10分钟即可完成100cm样芯的分析，样芯装载后全自动运行

l 非接触式扫描分析，不破坏样芯

l 可超负荷工作，每年可工作几千小时

英国海洋沉积样芯研究机构（采集保存了各地海洋领域的深海沉积样芯（截2009年已采集了1400个不同海洋区域的沉积样芯），深达1249米，用于海洋勘测调查、油气资源调查、海洋资源评估、环境污染研究、海底缆线等建设及海洋战略性研究，并与欧盟、北美、日本等合作和信息分享。由澳大利亚、德国、法国、日本、英国、美国等合作实施的“海洋钻探项目”(Ocean Drilling Program，ODP)于2003年结束后，又有美国挑头组成“IODP（Integrated Ocean Drilling Program）项目”继续开展该项工作。Itrax CoreScanner为上述项目提供了强大关键的、快速高解析度的研究分析平台，甚已发现从本世纪一直到三叠纪2.27万年以前的深海样芯。德国地质科学研究中心（German Research Center for Geosciences）利用Itrax CoreScanner对350米长的深海沉积样芯进行了每秒1mm解析度的扫描分析。

二、Itrax XRF地矿样芯元素扫描分析技术

XRF地矿样芯元素扫描分析技术是由瑞典ITRAX公司在CoreScanner的基础上，专为地矿资源勘测分析与研究而设计生产的元素扫描分析系统，其主要技术特点为

² 专为地矿测量分析研究包括石油天然气和页岩气勘测分析而设计，有单样芯和多样芯（5x100cm）扫描分析平台

² µXRF技术，Micro X-光束对每个点精确扫描分析并可进行平均，如沿样芯每厘米的平均浓度或整个样芯的平均浓度

² 可以同时对样芯进行扫描分析从Na（钠）到U（铀）的所有元素及REE（稀土元素）浓度和分布

² 可以给出高浓度常量元素到痕量元素的浓度及分布（每个扫描分析点及平均浓度）

² 高通量扫描分析，每小时分析样芯长度可达25m

² 可分析元素相位分布及相关关系

² 具RGB高分辨率彩色镜头及LED光源，具样品条码扫描器

² 高精确度、高稳定性、高灵敏度、高分辨率

通常情况下，页岩具有丰富的地质化学组成和痕量金属元素，可以反映其沉积环境、起源、成岩作用等。ITRAX实验室应客户需求以每点（point）每秒1cm的步进速度，对波罗的海Oland岛的页岩进行了扫描分析，分析记录了2400个点的元素数据（每个点代表页岩样芯剖面1cm的测量数据），发现有30多种元素，包括一些主要元素如Al、Si、K、Ca、Ti、Fe，微量元素如P、Cl、S、Mn、Rb、Sr，及痕量元素V、Cr、Ni、Cu、Zn、As、Br、Y、Zr、Mo、Nb、Ba、Pb、Th、U。结果表明，页岩样芯富含典型的粘土元素如Al、K、Ti和Rb，同时TOC（有机碳）代理元素如V、Ni、Mo及U也很典型。这意味着成岩作用在水底部缺氧、富含硫化物。

另一个案例为来自澳大利亚塔斯马尼亚州的富于稀土元素的岩矿样芯，分析结果不仅给出了样芯各种元素的浓度，还可以显示样芯剖面各种元素的浓度分布，而且通过元素浓度相关分析，可以识别鉴定矿相（Mineral phases），如本样芯Y（釔）与所有其它记录到的稀土元素（如Nb、Ce、Pr、Nd、Dy）存在高度相关关系，这意味着XRF谱线中所有稀土元素都属同一矿相。

三、MultiScanner X-光年轮密度扫描成像与元素分析系统

Itrax X-光年轮分析系统（Multiscanner）利用X光扫描透射数码扫描成像技术获得高精度数码图像，从而能够获得检测样品的2维密度图像，以进行年轮分析。X-光年轮分析可以与XRF元素分析仪（备选，非损伤性分析）集成在一起组成功能强大的X-光密度扫描成像和XRF元素分析系统，X光扫描透射数码成像分辨率可达20微米，XRF元素分析仪可以同时扫描检测多种元素含量，其中钾、钙等元素含量分布图像还可辅助识别不清晰的年轮。

主要技术特点：

l 数据质量、分辨率高

l X光扫描成像速度快

l 可分析元素种类多

l 集光学扫描成像、数码X射线显微成像和XRF元素分析于一体

l 仪器使用方便，能够在无人值守的情况下实现复杂的取样工作

l 可用于多种形式的样品，包括木条、树木圆盘、木制板材

四、SciTrace LIBS元素分析系统

SciTrace LIBS元素分析系统由欧洲工程技术中心（CEITEC）研制生产，用于岩矿、材料、塑料、土壤及植物等的元素分析和元素分布2D成像，可广泛应用于地质地球科学、材料科学、土壤科学、生物科学、环境科学、考古学、生物医学等领域样品分析。系统由脉冲激光、光谱仪、检测器、样品激光作用室（interaction chamber）、控制系统、光机结构等组成，采用模块式结构，可根据不同的需求应用灵活组合，具备强大的扩展性能。

主要技术特点：

1. 模块式结构组成，配置高度灵活、系统高度可扩展，扩展升级不必要返厂，在实验室即可就地升级扩展，甚 客户自己就可在实验室进行扩展升级

2. 高端LIBS系统，可适用于环境监测（土壤污染、微粒或沉积分析、突发事件检测等）、岩矿分析、塑料等各 种材料分析、土壤分析、植物分析、痕迹溯源追踪分析、法医与生物医学检测（牙齿、骨骼、毛发等）、考 古学检测等各种应用

3. 高端全光谱Echelle光谱仪及iCCD光谱检测器，高稳定性、高精确度、高灵敏度，每次可检测分析所有波段光 谱；如特别需要，可选配Czerny Turner光谱仪及相应iCCD光谱检测器以进一步达到更低的检测极限（参见下 表，检测极限很大程度上与样品本身有关，如植物中的C、N一般很难达到表中的检测极限），但这类超高灵 敏度检测系统每次能检测的波段数量有限——这意味着每次可分析的元素种类有限

4. 可分析元素周期表中所有元素，检测极限可达0.1ppm甚更低（参见上表）；可同时选配Echelle全光谱检测 系统和超高灵敏度Czerny Turner检测系统（安装在同一分析室组成双检测系统）

5. 高端LIBS样品激光作用室（LIBS interaction chamber），激光“密封”在室内作用于样品，具备激光过滤 器观察口，确保分析过程的安全；三维样品自动操作、自动聚焦，可产生不同角度不同侧面格式的2D图像 （2D mapping）；集成有激光聚焦、等离子体辐射采集、CMOS镜头、激光滤波器等光学元件；具备各种可扩展 端口以便升级扩展各种配件及双脉冲LIBS、LIBS＋LIFS、拉曼光谱、IR光谱、光致发光 （photoluminescence）等；可模拟不同的大气条件等；还可选配其它经济型分析室（参见下表）

6. 移动式系统平台，方便操作、移动等

7. CEITEC专家团队提供技术支持，随时提供ZJZY的LIBS方案，并愿意合作进行应用研究和发表论文

五、X-Trace LIBS遥测分析系统

X-Trace LIBS元素遥测分析系统由欧洲工程技术中心（CEITEC）研制生产，用于岩矿、材料、塑料、土壤及植物等的元素分析和元素分布2D成像，可广泛应用于地质科学、材料科学、土壤科学、生物科学、环境科学、考古学、生物医学等领域样品分析。系统主要由移动平台（Transport module）、遥测模块（Stand-off detection module）和手持光纤探头（Fiber optic module with hand probe）等组成，移动平台集成有光谱仪、检测器、控制系统、光机结构等，遥测模块内置脉冲激光发射器和聚焦系统及等离子体光谱采集系统等。整机采用模块式结构，可根据不同的需求应用灵活组合，具备强大的扩展性能。

主要技术特点；

1. Stand-off LIBS 与Remote LIBSZL技术，原位非接触测量分析，遥测距离可达20m

2. 模块式结构组成，配置高度灵活、系统高度可扩展，扩展升级不必要返厂，在实验室即可就地升级扩展

3. 移动平台方便操作、移动等

4. 高端LIBS系统，可适用于环境监测（土壤污染、微粒或沉积分析、突发事件检测等）、岩矿分析、塑料等各 种材料分析、土壤分析、植物分析、痕迹溯源追踪分析、法医与生物医学检测（牙齿、骨骼、毛发等）、考 古学检测等各种应用

5. 遥测模块可远距离（可达20m）原位非接触激光脉冲聚焦冲蚀遥测，或手持光纤探头原位激光脉冲聚焦冲蚀测 量

6. 高端全光谱Echelle光谱仪及iCCD光谱检测器，高稳定性、高精确度、高灵敏度，每次可检测分析所有波段光 谱；如特别需要，可选配Czerny Turner光谱仪及相应iCCD光谱检测器以进一步达到更低的检测极限（参见下 表，检测极限很大程度上与样品本身有关，如植物中的C、N一般很难达到表中的检测极限），但这类超高灵 敏度检测系统每次能检测的波段数量有限——这意味着每次可分析的元素种类有限

7. 可分析元素周期表中所有元素，检测极限可达0.1ppm甚更低；可选配Echelle全光谱检测系统或超高灵敏度 Czerny Turner检测系统

8. CEITEC专家团队提供技术支持，随时提供ZJZY的LIBS方案，并愿意合作进行应用研究和发表论文

六、GeoDrone® 无人机遥感平台

无人机（UAV）作为遥测平台，ZX在军事领域得到重用，用于信息采集、侦测等。随着无人机技术的发展和普及，及遥测传感器如CCD彩色成像技术、多光谱成像技术、高光谱成像技术、红外热成像技术、LiDAR技术等的发展，无人机遥感技术在地球地质科学、生态环境、农业、林业、自然资源管理等的应用已成为继卫星遥测技术后的重要平台。GeoDrone® UAV遥感平台由易科泰生态技术公司自主研发集成的UAV地面信息遥测平台，采用国际先进的光谱成像传感器技术，应用于地球地质勘测包括地质灾害监测、生态环境调查监测、农业病虫害及胁迫（如干旱胁迫、热胁迫等）监测评估预警、地理信息系统、野生动物及其栖息地调查监测评估、林业病虫害及森林火灾调查监测预警、湿地资源调查评估、自然保护区管理等。

技术特点：

国际先进专业无人机遥感平台，有4旋翼和8旋翼等（还可选配六旋翼或固定翼无人机），垂直起 降，长续航、高负载能力，万向（Gimbal）传感器平台，遥控或自动航点导航，无线数据传输，地面站 在线监测

模块式设计、强大的可扩展性能和兼容性，可自由随时随地更换监测设备、满足各种野外监测要 求，一个UAS可以配备1个或2种不同的监测设备如高清晰RGB相机和多光谱镜头等

高分辨率彩色成像，明察秋毫，可进行3D构建与测量

具备多光谱成像、红外热成像、高光谱成像、LiDAR等多种传感器方案

专业无人机地球遥感技术服务团队，在西安专门设立无人机遥感技术研究中心，曾先后到甘肃苏干 湖保护区、阿尔金山保护区、新疆阿尔泰山、新疆天山、西藏等进行无人机遥感技术服务和培训

七、海洋藻类科学研究与监测

1、海岸带营养盐与藻类监测系统

海岸带营养盐与藻类监测系统由营养盐监测单元、AOM（algae online monitor）藻类在线监测单元及海水微环境监测模块组成，其主要技术特点如下：

1) 模块式监测方案，配置灵活、可扩展，每个单元模块可独立运行，还可通过数据采集器组成一个整体 系统

2) 湿化学法多参数营养盐在线监测，多可自动测量监测4个参数如氨氮、硝态氮、亚硝态氮、磷酸盐， 或其它如总氮、总磷、硫酸盐、硅酸盐、硫化物等，还可测量监测砷、铬、硼、钙、锌、锰、铝、 铜、镍可溶性铁等离子浓度及酚指数、氰化物指数、碱度、色度、硬度、乙二醇、联氨、氯、单氯氨 等。两个监测单元可组成4个以上的测量参数，

3) AOM流通管式叶绿素荧光技术，高灵敏度光谱藻类监测，监测极限可达30ng Chl/L（绿藻监测限 10cells/ml、蓝藻监测限100cells/ml），可通过叶绿素荧光参数监测藻类密度变化、生理生态变化 （如污染胁迫、温度胁迫等）、适合度及光合效率等。可选配探头式或试管式藻类测量监测模块

4) 可通过数据采集器连接溶解氧、水温、pH、电导、氧化还原电位等测量，并通过无线传输模块实现无 线数据传输

5) RF-O2荧光光纤氧气测量技术，高精确度、高稳定性监测溶解氧与温度，免维护

6) Mini温度深度监测模块自动记录海水温度、盐度、深度，还可通过加速度传感器记录海浪活动情况

7) 既可安装在监测站或浮标上固定监测，也可安装在监测船只上移动式在线监测

2、藻类培养与在线监测技术方案

藻类培养与在线监测技术基于欧洲PSI研制生产的FMT150光养生物反应器技术及MC1000 8通道藻类培养技术，用于实验观测研究海洋藻类在不同环境条件及气候变化条件下的生理生态变化响应。

ü 智能LED光源、光质（光的颜色或波段）光强可控，可模拟昼夜节律等

ü 温度控制、pH/CO2及O2控制，可进行海水酸化（CO2升高）控制观测实验

ü 可进行藻类叶绿素荧光在线监测，监测藻类浓度及生理生态状况

ü 可同步监测pH、溶解氧、CO2、气体通量（光合方氧或碳排放）、光密度、离子浓度（如营养盐等离 子）

3、FluorCam多光谱荧光成像技术及其应用

FluorCam多光谱荧光成像技术是在FluorCam叶绿素荧光成像技术的基础上，通过多光谱激发光源及UV紫外光激发不同波段的荧光，以研究分析藻类及植物对不同环境条件的响应。

Miguel Costa Leal等利用FluorCam多光谱荧光成像系统，对珊瑚与共生藻类的关系进行了研究（Concurrent imaging of chlorophyll fluorescence, Chlorophyll a content and green fluorescent proteins-like proteins of symbiotic cnidarians），文章发表在2014年Marine Ecology。

系统配置：包括红色、黄色及UV三种激发光源，高灵敏度CCD镜头，绿波轮及相应滤波器，控制单元及图像采集与处理系统等，可测量叶绿素荧光、NDVI及绿色荧光蛋白GFP

钮扣珊瑚虫收缩－膨胀不同时相（T1=0分，T2=30分，T3=60分）NDVI与GFP成像分析

左图：软珊瑚表面（a－d）及垂直剖面（e－h）在弱光适应（a－h中的上图）和强光适应（a－h中的下图）条件下的FluorCam成像分析，其中a、e为彩色成像，b、f为叶绿素荧光成像（Fv/Fm），c、g为Fo成像，d、h为NDVI成像；右图：在弱光适应与强光适应条件下，不同剖面深度叶绿素荧光参数Fv/Fm与光谱反射参数NDVI的变化

4、叶绿素荧光技术在土壤与地球科学中的应用

自从Kautsky 与 Hirsch 于1931年用肉眼发现叶绿素荧光现象并首次发表论文“CO2同化新实验”后，科学家们认识到，叶绿素荧光与光化学反应（光合作用）是一个相互竞争光能的过程，叶绿素荧光动态蕴藏着丰富的信息，并ZZ形成叶绿素荧光测量与成像技术（叶绿素荧光技术），使叶绿素荧光成为一种快速非损伤的CO2同化“探针”，这包括快速荧光动力学测量技术（OJIP-test）、脉冲调制技术（Pulse Amplitude Modulated technique，简称PAM）及PAM与CCD技术相结合的FluorCam叶绿素荧光成像技术等。

叶绿素荧光技术不仅广泛应用于植物科学、农业科学、藻类科学研究，近些年来在土壤与地球科学中的应用也越来越引起高度关注，如利用FluorPen叶绿素荧光监测模块进行极地植被对气候变化的响应监测等。

BSC（土壤生物结皮）是由细菌、蓝藻、绿藻、地衣及苔藓植物组成的生物群落，在地球生态系统特别是干旱区与半干旱区生态功能、废弃矿场生态恢复中具有特别重要的意义，包括碳汇与土壤有机碳形成、固氮作用、水土保持等。Stella Gypser等（Photosynthetic characteristics and their spatial variance on biological soil crusts covering initial soils of post-mining sites in Lower Lusatia, NE Germany, Flora 2016）利用FluorCam叶绿素荧光成像技术，对废弃矿场生态恢复过程中不同类型、不同演替阶段的BSC光合作用特征进行了分析研究，结果表明，BSC在废弃矿场生态恢复早期促进了土壤形成和有机碳积累，藻类、地衣、苔藓等不同类群生理生态表现不同。

易科泰生态技术公司为您提供叶绿素荧光技术应用于土壤与地球科学研究与监测全面解决方案，公司EcoLab实验室配备有FluorPen、FL3500等各种叶绿素荧光测量仪器及FluorCam叶绿素荧光成像、LCpro光合仪、FMS二氧化碳与氧气分析仪（用于土壤呼吸等测量研究）、NDVI测量及NDVI成像分析设备等，欢迎合作、垂询，下图为EcoLab实验室应用FluorCam叶绿素荧光成像仪器做的土壤种子库与土壤生物结皮实验。

八、土壤呼吸与碳通量观测研究技术

1、OTC-Auto群落光合呼吸观测系统

OTC-Auto