光谱仪应用 | 鱼菜共生养殖的光学传感解决方案

水产养殖需要对环境条件进行严格监控，以确保生产健康且可持续。光谱分析技术和氧气传感技术等手段，在水产养殖中是很有用的分析工具。鱼菜共生养殖是将水产养殖与无土栽培相结合的一种生产方式，用于种植农作物。在鱼菜共生养殖系统中，鱼类或其他水生生物与植物之间存在着共生关系。为了维持系统的平衡，需要精心维护关键参数。如果 pH 值、溶解氧、水温以及营养物质浓度等参数得不到有效维持，鱼类的健康状况就会受到影响，进而导致农作物产量下降。对这些参数进行实时监测，能够使水耕养殖的农民及时应对变化，从而确保获得最佳的生产效果。在鱼养殖中，也需要监测类似的环境参数，因为水质和生长条件会直接影响鱼的健康、收成和可持续性。光学传感设备由于体积小、便于携带且易于集成，非常适合用于这些应用场景。

在台式水生装置中，我们测试了 Ocean Optics 光谱仪、化学传感器和附件在监测 pH 值、营养水平和照明条件方面的可行性。为了进一步模拟鱼菜共生作，我们使用了 OceanView 光谱软件中的示意图视图（一种生成、编辑和导出光谱工艺流程图的功能）来创建一个系统仪表板来实时监控条件（图 1）。

对于 pH 测量，我们使用了 ST 系列微型光谱仪 （350-800 nm）、卤钨光源和与 pH 指示贴一起使用的透射式浸入式探头。该贴片由基质中的 pH 指示剂染料组成，该染料会根据环境中的分析物而改变颜色。光谱仪测量比色（吸光度）响应。

营养物质浓度（在本例中为硝酸盐）使用紫外-可见光谱仪 （200-850 nm）、氘卤素光源和透射浸入式探头测量。硝酸盐为植物施肥，有助于去除鱼类粪便中有害的氨积聚，但需要保持在健康水平。类似的设置可以集成到组件、子系统或交钥匙系统级别的更大规模的鱼菜共生流程中。

我们测量的另一个系统元素是照明。无论是在户外设置中依靠阳光，还是在温室作中依赖高压钠灯或 LED，种植者都对照明源的总光功率及其色谱对作物的影响感兴趣。这些标准可以使用 Ocean Optics 辐射校准光谱仪进行测量。

首先了解光纤化学传感器的原理会有所帮助。这些传感器使用坚固的指示材料和光电技术，用于食品和农业、海洋科学、生命科学和生物技术领域的溶解氧测量。与电化学传感技术相比，光学氧气传感器可以制成小型且可定制的形式，允许非侵入式测量，并且不会消耗样品。

海洋光学公司的光学氧气传感器的工作原理是将一种对氧气敏感的荧光染料困在一种溶胶 - 凝胶宿主基质中，该基质被应用到一种粘合膜（贴片）上。指示材料在对特定分析物做出响应时会改变其光学特性，电子设备则测量这种响应。

海洋光学公司提供完整的氧气传感系统，但我们专有的传感材料也可以集成到第三方电子设备中。在最近的一项努力中，我们与一家领先的水产养殖技术供应商合作，作为持续提升其水生环境溶解氧传感器系统性能工作的一部分。水中的最佳溶解氧浓度对于鱼类的健康至关重要，也是整体水质的良好指标。我们的氧气响应荧光传感器贴片可以集成到客户的传感器设置中，实验室研究的重点是开发更强大的校准方案，以便在实地部署时最小化之前方法中的差异，并增强对结果的信心。

水产养殖是一门复杂且精细的产业，数据管理对于其成功至关重要。那么，客户通过光学传感技术收集的所有数据会如何处理呢？一个答案是：利用复杂算法将光谱数据转化为切实可行的解决方案。对于那些缺乏资源、意愿或专业知识来解读复杂光谱的客户来说，强大的算法开发可以提供简单的答案，如是与否的判断、浓度的测定或其他标准。

光学传感技术与复杂但易于使用的算法开发相结合，有望扩大光学传感在水产养殖中的应用范围，并提升其影响力。这些工具将揭示新的、客观的数据，可用于提高产量、简化生产流程和保持可持续性。

海洋光学的氧传感器已用于监测自然环境中的生物样品、顶空气体、工业浆料、化妆品、食品和液体。NeoFox 氧传感系统是生物、环境和工业应用的理想选择。与大多数电极相比，Ocean Optics 光纤传感器更坚固，需要的维护更少。我们的传感器不会消耗或改变样品的化学成分。而且它们不易受到环境变化、湿气和干扰化学品的影响。

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