Chlorophyll concentration meter PLANTEX – 03
Chemiluminometer LumMini 9858M
Photon Counting Module
"PCM 9885"

Chlorophyll Concentration Meter - PlantExplorer “PLANTEX – 03”

   
Plantex - 03

The chlorophyll concentration meter Plantex– 03 is a palm held device easy in application.
The Plantex – 03 design is based on usage of the spectral method of the quick and nondestructive measurement of leaf greenness for determination of the amount of chlorophyll present in a natural undamaged plant leaf.

The easurement of leaf chlorophyll concentration provides a direct indicator of the health of the plant and of impact of the environment on it. Chlorophyll concentration data received by the nondestructive analysis provides researchers, agronomists and farmers with valuable diagnostic information on the plant status and on the efficiency of nitrogen fertilizer use.

The obtained data will be most helpful being used for agricultural production, for scientific research studies in the plant watering and fertilizing management, for the plant stress estimation in correlation to the environment and for cultivation of new crops.
The chlorophyll meter PLANTEX – 03 can be used in the field under different weather conditions.

About the Instrument

Chlorophyll has several distinct optical absorbance characteristics that the PLANTEX – 03 exploits in order to determine relative chlorophyll concentration.

The PLANTEX – 03 uses light absorbance to estimate the chlorophyll content in leaf tissue. Several wavelengths are used for absorbance determinations.

Note: CCI value is a relative chlorophyll value. Absolute chlorophyll content per unit area is computed by PC.

The PLANTEX – 03 features:
Auto calibration,
Measurement of ambient temperature,solar irradiance and water Cw (also called equivalent water thickness).

To start the measurement procedure one has only to press the button. The PLANTEX- 02 carries out automatically the rest of the operations, including calibration. 

 
Fig.1
PLANTEX – 02 (prototype) with a green leaf in the sensor clip.

The software and the data cable included into the complete set together with the PLANTEX – 03 allow the instrument to perform data download to a PC for additional analysis. The PLANTEX – 03 is connected with PC by the cable, through the USB interface.

The main part of the calculation is performed by PC, which enables to use quite complicated algorithms for data statistic processing.



Fig.2
PLANTEX – 02.The "horse-chestnut" leaf CCI measurment results.

This innovative palm held instrument is destined to play an important role in improving crop yield and producing higher quality foods.

1.Using a Chlorophyll Meter to Make Nitrogen Recommendations on Wheat

COOPERATIVE EXTENSION SERVICE
UNIVERSITY OF KENTUCKY - COLLEGE OF AGRICULTURE

2.Comparison and Use of Chlorophyll Meters on Wheat (Refl ectance vs. Transmittance/Absorbance)
Lloyd Murdock, Dottie Call, and John James

3.Evaluating the Use of the SPAD-502 Meter to Manage

Nitrogen in Mango Trees (Kensington Pride) in the Northern Territory
A. Gonzalez, G. Azam, T. Maddern and R. Renfree
Location: Darwin and Katherine,Australia.

4.A Comparison of CCM-200 and SPAD-502 Chlorophyll Meters.

SPECIFICATION SUBJECT TO CHANGE WITHOUT NOTICE

 

ПРОЕКТ "АГРОФОТОНИКА"

Измеритель концентрации хлорофилла [PlantExplorer] “PLANTEX – 03

Измеритель концентрации хлорофилла PLANTEX – 03  представляет собой малогабаритный простой прибор. В приборе применен спектральный метод быстрого и недеструктивного определения содержания хлорофилла в  живом (неповрежденным)  листе. Содержание хлорофилла является непосредственным показателем состояния  здоровья растения и условий, в котором растение находится. Получение данных  по содержанию хлорофилла посредством недеструктивного анализа предоставляет исследователям, агрономам и фермерам ценную диагностическую информацию и определяет уровень азотного питания в течении всего времени вегетации.

Метод  точного внесение азотных удобрений в почву чрезвычайно важен по экономическим причинам. Полученная экономия позволяет очень быстро окупить приобретение прибора.

Полученные данные могут быть применены при  производстве  сельхоз. продукции и для научно-исследовательских  работ в области организации процессов полива и питания  растений, для контроля над вредителями, оценки стресса в связи с окружающей средой и создания новых культур.
Измерения данным прибором могут проводиться в поле в обычных условиях освещения и выращивания.
В приборе  поглощение света используется для оценки содержания хлорофилла в ткани листьев. Для определения степени поглощения используются две волны света различной длины.
Прибор измеряет степень поглощения обеих волн и вычисляет значение ИКХ
(индекс концентрации хлорофилла), которое  пропорционально  количеству хлорофилла в образце.

В прибор так же заложены функции
- автокалибровка,
- автоматической подстройки под толщину листа,
- измерения температуры окружающей среды (выводится на индикацию),

При необходимости в комплект поставки прибора могут быть включены сенсоры относительной влажности воздуха и солнечной радиации. Для данной опции разработано программное обеспечение и схемотехника сенсоров.
Необходимость данной опции должна быть подтверждена экспертами при работе над прибором, т.к. это удорожит прибор приблизительно на 50 US$.

Для измерения необходимо нажать одну кнопку [фото прототипа] все остальные действия, включая калибровку, прибор производит автоматически.

Прибор соединяется с PC кабелем (USB).

Основную вычислительную работу производит PC, благодаря чему возможно применение весьма сложных алгоритмов обработки данных, их статистическая обработка и даже привязка к карте (агроном сам решает исходя из соотношения цена/качество, что ему приобретать).
В комплект поставки прибора входит флеш-карта с необходимым прогр. обеспечением

Рис.1, Fig.1
Внешний вид прототипа прибора,  в сенсор помещен зеленый лист для измерения.
Рис.2, Fig. 2
Результат измерения CCI для "живого" листа "конского каштана".
Желтая и красная метки соответствуют точкам измерения ( 1.0 и 3.5 CCI Х 10).

В проекте предусмотрены две опции прибора:
1.упрощенный прибор, без индикатора. Прибор предназначен только для сбора информации в поле, «сбрасывания» информации на компьютер и последующего анализа.
2. прибор с полным комплектом сенсоров. Прибор предназначен для применения агрономами – исследователями.

В дальнейшем планируется поставлять вместе с прибором комплект программ
для анализа состояния конкретных видов растений. 

Коммерческая перспектива проекта

В настоящее время только две фирмы серийно производят подобный прибор:
- SPAD - 502 [KONIKA - MINOLTA],
- CCM 200     [Apogee Instruments Inc.]

Цена в Европе от 1560 до 2680 $ (сведения из прайс - листов фирм - продавцов).
Считаю, что это слишком дорого для прибора широкого применения.

Предлагаемый прибор может иметь себестоимость (включая налоги)
не более 250
US$,

Наличие на рынке вышеупомянутых приборов и знакомство с ними очень многих агроисследователей, по нашему мнению, делает вывод на рынок нашего конкурирующего прибора (более дешевого и продвинутого) своевременным -
конкуренты вложили в рекламу большие деньги и преодолели естественный консерватизм большинства потенциальных покупателей.
Агропроизводители  консервативны, потому что цена ошибки очень велика!

Одна из наших разработок (комплект агросенсоров “PLANTEX” включающий сенсор CCI) была представлена Программой “BASHAN” (Израиль) на выставку  IENA -2004 (Нюрнберг, Германия) и завоевала медаль и почетный диплом.



Потенциальная емкость рынка (при правильной рекламе) достаточно велика —
один прибор каждому агроному аналогично, «измеритель кровяного давления - каждому врачу и каждому пациенту». 

 

Ultra-sensitive CHEMILUMINOMETER LumMini 9858M

Сost effective, specially developed for usage in clinical and scientific medicine,andfood industry.

FEATURES

  • Highly sensitive photometric converter. It operates in the photon counting mode and has a unique, for this class of devices, autocalibration system.
  • Temperature measurement of the cuvette in the temperature range 0-40 °C.
  • Addition of reagents during a measuring process.
  • Controle and data acquisition by PC (Windows® XP/ Vista).      

Operational potentialities

  • Registration and visualization of data in the real time mode.
  • Adjustment of gain and calibration of the device.
  • Mathematic data processing, including filtration, data smoothing, statistic analyses, etc.
  • Specific software for analyses of reaction kinetics.
  • Data export in graphic and digital formats.

Specifications
The CHEMILUMINOMETER provides exceptional sensitivity for all luminescent assays.
Proprietary circuitry and an advanced photon-counting photomultiplier tube (PMT)
produce unmatched signal-to-noise ratios.
The detection limit is: Darc Count 30 s-1 (max).
Spectral Response Range:300-650 nm
Peak Wavelength:450 nm
With greater than 7 decades of linear dynamic range.
The extended dynamic range of the LumMini  minimizes the chance of the detector saturation, and allows one to measure brighter samples.
Flexible Sample Compartment accommodates 5 mL tubes (max).
Built-in Light Standard provides a quick and easy way to verify the performance of the LumMini.
It allows the user to check the reproducibility, sensitivity, and linearity of the LumMini.

Interface: nterface: USB-2.0.
Power: 5V, 120 mA Max (USB).
Dimensions: (100 mm D x 80 mm W x 75 mm H).
Weight: not over 0.6kg.
Diameter of the cylindrical cuvette is 10 mm.
Volume of an assay sample: 0,5 – 3 ml.


Below: the photo of the device.

Fig.1
LumTest_4.1
Software for acquisition, processing and analyses of experimental data;
hardware control software.

Chemiluminescence is the light emission accompanying some chemical reactions. Chemiluminescence’s accompanies energetic red ox reactions, e.g. interaction of two radicals or reactions where peroxides are involved. Intrinsic (“ultra weak”) chemiluminescence’s of human and animal cells and tissues is a result of reactions of free radicals, including nitric oxide and radicals of oxygen and lipids; all these substrates are vitally important for the organism life and, under certain conditions, responsible for development of a variety of pathological states

Chemiluminescence investigation methods find an application in food industry :

  • in estimation of foodstuffs preservation state,
  • in oxidizing stabilizers selection,
  • In microbe insemination detection in meat, milk and other foodstuffs.

Chemiluminescence   investigation methods show themselves to advantage in agriculture:
In selection of plants, resistant to environmental factors pressure, in herbicides impact investigations.
They are also used in cattle-breeding in diagnostics of diseases, for instance, tuberculosis, brucellosis, etc.
Perspective is application of chemiluminescence’s investigation methods in medicine, pharmacology and particularly in cosmetology for estimation of impact of pharmacological and cosmetic preparations on an organism aging process.  
 
Commercial product

In the capacity of a commercial product there is a proposal to develop and introduce to the market a hardware/software complete set, intended for clinical and laboratory diagnostics on th basis of chemiluminescence’s registration methods.   

Chemiluminescence’s complete set consist of:

  • chemiluminescence’s registration hardware
  • hardware control software
  • software for acquisition, processing and analyses of experimental data
  • Practical methods of carrying out measurements and investigations

Unification of all these parts into a single whole will allow to develop  the complete product:
Chemiluminometer LumMini 9858M – a modern High-Teck hardware/software complete set, intended for registration of ultra weak chemiluminescence’s, accompanying biochemical reactions, physical and biological processes going on with participation of free radicals. It is purposed for application by a wide range of users.         

PURPOSE
- Investigation of free radicals oxidizing processes.
- Determination of antioxidizing activity of pharmacological and cosmetic preparations, of food additions and biological liquids.

  • Detection of presence of trace concentration of different substances and their definition.
  • Estimation of state of prooxidant and antioxidant systems of organisms of humans and  animals.

Food industry
The Chemiluminescence method allows determining antioxidant rates in food products and mechanisms of antioxidant impact.
The Chemiluminescence method allows carrying out express analyses of food products in a rapid way
(10 minutes) using at the same time very small amounts of products tested.     
By way of illustration we present here the graph of our test of commercial NESTEA® drink- green tea drink with antioxidants, citrus taste - for its antioxidant activity.    
The graph below shows that introduction of only 50 microliteres of the tea drink into the standard test solution stops dead the oxidizing reaction in it.

 

Photon-Counting Means Sensitivity

Photon Counting Module "PCM 9885"
The PCM 9885 series are photon counting head designed for photon counting by simply connecting to a PC (personal computer). The PCM 9885 houses a PMT H9858,photon counting circuit, counter and microprocessor in a compact package.

Data transfer, measurment time and other necessary adjastments are controlled by commands from the PC through the USB interface. The PCM 9885 can be easily operated be +5 V (through USB).

Fig.1

Fig.2
Работа счетчика фотонов PCM-9858 в режимах:
- темнового счета, Darc Count.
- измерения эталонного источника света, Light Standard.
(X – 10 сек/деление; Y – 250 имп/деление):

Technical properties of the device      

  • Spectral sensitivity: 380-830 nm
  • Maximum sensitivity: 30 photon/sec
  • Dynamic range: 0 to 5 million.
  • PMT: H9858P
  • Interface: USB-2.0
  • Weight: not over 0.4kg.
   

Счетчик фотонов "PCM 9885"

1. Введение.
PCM-9858 - современный высокотехнологичный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для регистрации сверхслабых световых потоков, сопровождающих , физические и биологические процессы.
Возможные области применения:
Предельные измерения в физике, астрономии и биологии.

2. Особенности счетчика фотонов PCM-9858.

  1. Высокочувствительный фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), работающий в режиме счета фотонов.
  2. Широкий динамический диапазон измерения интенсивности свечения.
  3. Регулируемая скорость регистрации.
  4. Простота подключения к компьютеру (USB).

Управление прибором, регистрация, обработка и анализ данных осуществляются посредством стандартного IBM-совместимого персонального компьютера с операционной системой
Windows® XP/ Vista с использованием программного обеспечения «LumTest 4.1» (www.ioptica.com)

3. Технические характеристики.
Тип ФЭУ                                                                            Hamamatsu H9858
Спектральный диапазон регистрации:                           300-600 нм.
Темновой счет                                                                   5-50 фотонов/с.
(в зависимости от модели ФЭУ и температуры)
Максимальный регистрируемый поток                          5x106 фотонов/с.
Максимальная скорость регистрации:                          100 значений/c.
Питание:                                                                              5В, 0,2А (по шине USB)
Интерфейс связи с компьютером:                                 USB 1.1
Размеры:                                                                             120 х 85 х 50 мм

Fig.2
Работа счетчика фотонов PCM-9858 в режимах:
- темнового счета,
- измерения эталонного источника света.
(X – 10 сек/деление; Y – 250 имп/деление):

4. Устройство и принцип работы.
В качестве фоточувствительного элемента в приборе PCM-9858 используется ФЭУ, преобразующий кванты падающего на фотокатод света в отдельные электронные импульсы. Электронная схема прибора подсчитывает количество импульсов (фотонов), пришедшее за определенное время и передает результаты в компьютер, после чего цикл повторяется.
В приборе используется кварцевый световод, передающий излучение от исследуемого образца на фотокатод ФЭУ с минимальными потерями.
ФЭУ, используемый в приборе, обладает очень высокой чувствительностью и предназначен только для работы со слабыми потоками. Интенсивная засветка фотокатода ФЭУ во включенном состоянии, в т.ч. обычным дневным светом недопустима, поскольку она приводит к необратимым разрушениям анодной системы.
В приборе имеется 3 независимые системы блокировок, отключающих ФЭУ для предотвращения его повреждения:
1. Электроннаяблокировкаспомощьюразрезногооптронаявляется основной штатной блокировкой. Для включения ФЭУ необходимо вставить в прорезь оптрона непрозрачный флажок. Состояние оптрона выводится на индикатор в окне программы "LumTest_4.1": «зеленый» - открыто, ФЭУ отключен; «красный» - закрыто, ФЭУ включен. При срабатывании блокировки работа прибора не прерывается, но регистрируемые значения будут равны 0.
Оптрон работает в ИК-диапазоне, за пределами спектрального диапазона чувствительности ФЭУ.
2. Блокировкатипа «сухой»контакт является дублирующей штатной блокировкой. Для включения ФЭУ контакты микровыключателя должны быть замкнуты. При срабатывании блокировки работа прибора не прерывается, но регистрируемые значения будут равны 0.
3. АварийнаязащитаФЭУотпересветки.В случае, если скорость счета импульсов превысит величину ~ 4Х106 имп/сек, электроника прибора автоматически отключит ФЭУ и остановит регистрацию в программе "LumTest_4.1". Для возобновления работы необходимо устранить причину засветки ФЭУ и возобновить регистрацию кнопкой «Start». По возможности, рекомендуется избегать ситуаций, при которых срабатывает аварийная защита ФЭУ от пересветки.
При срабатывании любой из трех блокировок ФЭУ немедленно выключается, однако из-за особенностей конструкции встроенного в ФЭУ высоковольтного источника питания, высокое напряжение с анодной системы снимается с адержкой около 1 сек. Это означает, что при работе с прибором необходимо обеспечить задержку не менее 1 сек между срабатыванием блокировок и моментом попадания на ФЭУ яркого света. Несоблюдение этого правила приведет к быстрой необратимой деградации анодной системы ФЭУ.


При включении ФЭУ сразу после интенсивной засветки фотокатода яркими источниками света (настольные лампы, дневной свет) темновой ток будет существенно превосходить паспортные значения из-за эффектов, связанных с остаточной люминесценцией фотокатода и т.п. Уменьшение темнового тока до номинальной величины происходит в течении нескольких часов (сильно зависит от интенсивности света, конкретного экземпляра ФЭУ). При работе со сверхслабыми потоками рекомендуется избегать интенсивной засветки ФЭУ даже в выключенном состоянии.

Окно "Tools" LumTest_4.1

В окне настроек доступны следующие элементы:
Выключатель«Control    light» управляет    встроенным    источником    света, предназначенным     для     быстрой     проверки     работоспособности     прибора. Контрольный источник света не предназначен для абсолютной калибровки ФЭУ.
Настройки:
уровня дискриминации;
величины аноднодного напряжением ФЭУ.

В "окно" телеметрии выводятся текущие значения:

Threshold
Hight Voltage
FEU Voltage
PMT Current
Power
Temperature

Уровень дискриминатора (0-255).
Уровень анодного напряжения ФЭУ (0-255).
Напряжение питания ФЭУ. Номинальное значение 5.0В. Средний ток ФЭУ, используется для аварийной защиты ФЭУ. Напряжение на USB-шине. Номинальное значение 5.0В.
Температура корпуса ФЭУ.

7. Комплектность Поставки.
Счетчик фотонов «MiniLum-9858»
с USB-кабелем, оптроном и микровыключателем                             
Световод                                                                                              
Компакт-диск с драйверами                                                                 
Паспорт                                                                                                 
8. Гарантийные обязательства.
Гарантия на прибор составляет 2 года с момента отгрузки при условии соблюдения инструкции по эксплуатации.