Портативное устройство для определения физиологического состояния растений методами флуориметрии и спектрометрии
Автор: С.С. Баташова, А.А. Золотухина, А.В. Гурылева, Д.Д. Хохлов, А.С. Мачихин
Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie
Рубрика: Разработка приборов и систем
Статья в выпуске: 1, 2026 года.
Бесплатный доступ
В работе представлена конструкция и результаты апробации портативного устройства для мониторинга физиологического состояния растений посредством комбинированного измерения спектров флуоресценции, пропускания и отражения. Предлагаемый подход объединяет три взаимодополняющих оптических метода в едином портативном устройстве, которое включает в себя два белых светодиода для измерения спектров отражения и пропускания, а также синий светодиод для возбуждения флуоресценции. Прототип устройства способен измерять спектры отражения и пропускания, а также интенсивность флуоресцентного спектра листьев растений и требует минимальной пробоподготовки. Регистрация спектров осуществляется с помощью компактного дифракционного спектрометра, входящего в состав устройства. Валидация проводилась путем сопоставления результатов измерения листьев огурца и томата разработанным устройством и эталонным лабораторным оборудованием. Средняя относительная погрешность составила 23% для спектра отражения, 19% — для пропускания и 26% — для флуоресценции. Для апробации устройства определялись коэффициенты детерминации между спектральными характеристиками и концентрацией хлорофиллов, а спектральная информация редуцировалась до вегетационных индексов с выбором оптимального коэффициента на разных длинах волн. Коэффициенты детерминации между эталонными значениями концентрации пигмента и вегетационными индексами составляют 0.99 (огурец) и 0.93 (томат) в режиме отражения, 0.99 (огурец) и 0.90 (томат) в режиме пропускания, а также 0.99 (огурец) и 0,83 (томат) в режиме флуоресценции.
Флуоресцентная спектрометрия, спектрометрия отраженного излучения, цифровая обработка спектров, физиологическое состояние растений, хлорофилл
Короткий адрес: https://sciup.org/142247136
IDR: 142247136 | УДК: 681.785.55,535.8,543.421/.424,58.085
Portable device for determining the physiological state of plants using fluorimetry and spectrometry methods
The study aims to present and validate a portable device for plant physiological analysis through combined measurement of fluorescence, transmission, and reflection spectra. The proposed approach integrates three complementary optical techniques in a single handheld device. The system includes two white LEDs for reflectance and transmission measurements, and a blue LED for fluorescence excitation. Spectral data acquisition is performed by a compact spectrometer. The measurement accuracy obtained with the portable device was validated against standard methods and reference instrumentation on cucumber and tomato leaves. A prototype of the portable device is capable of measuring reflection and transmission spectra, as well as fluorescence spectral intensity of plant leaves. The device requires minimal sample preparation while providing precise and reliable measurements. Average relative error is 23% for spectral reflectance, 19% for transmittance, and 26% for fluorescence. Correlation coefficients between spectral characteristics and chlorophyll concentration were also determined, and spectral information was reduced to vegetation indices with the choice of the optimal coefficient at different wavelengths. The coefficients of determination for pigment concentration and vegetation indices are 0.99 (cucumber) and 0.93 (tomato) in reflection mode, 0.99 (cucumber) and 0.90 (tomato) in transmission mode, and 0.99 (cucumber) and 0.83 (tomato) in fluorescence mode.
