Sensoren für farbige gelöste organische Stoffe (CDOM) messen die optischen Eigenschaften von gelöstem organischem Material in Meeres-, Küsten-, Mündungs- und Süßwasserumgebungen. Sensoren für fluoreszierende gelöste organische Stoffe (FDOM) nutzen Fluoreszenzmessungen, während auf Absorption basierende Messgeräte CDOM direkter charakterisieren.
Diese Kategorie präsentiert Anbieter von FDOM- und CDOM-Sensoren für die Wasserqualitätsüberwachung, die Forschung zum Kohlenstoffkreislauf, die Bewertung von Umweltverschmutzung, Untersuchungen zu Flussausläufern sowie die Validierung der Meeresfarbe.
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Fortschrittliche Lösungen für die Wasserqualitätsüberwachung und Umweltsensorik
Modulare hydrografische und ozeanografische Messgeräte für Vermessung, Forschung und autonome Meeresoperationen
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CDOM- und FDOM-Sensoren ermöglichen die optische Messung gelöster organischer Substanzen in Meeres-, Küsten-, Mündungs- und Süßwasserumgebungen. Diese Geräte unterstützen die Überwachung der Wasserqualität, biogeochemische Forschung, Untersuchungen zum Kohlenstoffkreislauf, die Bewertung von Umweltverschmutzung sowie ozeanographische Vermessungen, indem sie optische Signaturen erfassen, die mit gelösten organischen Stoffen in Verbindung stehen.
CDOM-Sensor von AML Oceanographic.
Farbige gelöste organische Substanz (CDOM), auch als chromophorische gelöste organische Substanz bekannt, ist der lichtabsorbierende Anteil der gelösten organischen Substanz und kann die Wasserfarbe sowie das Unterwasserlichtfeld erheblich beeinflussen. Fluoreszierende gelöste organische Substanz (FDOM) ist der fluoreszierende Anteil der gelösten organischen Substanz. Obwohl CDOM und FDOM in der Instrumententerminologie manchmal synonym verwendet werden, weisen sie zwar verwandte, aber unterschiedliche optische Eigenschaften auf.
CDOM wird grundsätzlich durch Lichtabsorption charakterisiert, während FDOM mittels Fluoreszenz gemessen wird. In der Praxis messen viele Geräte, die als CDOM-Sensor, CDOM-Sonde oder CDOM-Fluorometer bezeichnet werden, die Fluoreszenz, da dies kompakte und empfindliche In-situ-Beobachtungen ermöglicht. Diese Geräte messen daher FDOM und können das Fluoreszenzsignal als Indikator für Veränderungen des CDOM oder der gelösten organischen Substanz heranziehen, sofern für das Gewässer und das Messziel ein geeigneter Zusammenhang festgestellt wurde.
| Messung | Optisches Prinzip | Typische Messergebnisse | Wesentliche Vorteile | Einschränkungen |
| CDOM | Absorption von ultraviolettem und sichtbarem Licht | Extinktion, Absorptionskoeffizient oder zugehörige spektrale Messung | Charakterisiert direkt die lichtabsorbierende Komponente der gelösten organischen Substanz | Erfordert eine geeignete Spektralauswahl sowie die Kontrolle von instrumentellen, partikelbedingten und probenspezifischen Effekten |
| FDOM | Fluoreszenz nach optischer Anregung | Fluoreszenzintensität, relative Fluoreszenzeinheiten (RFU), Chininsulfat-Einheiten (QSU) oder andere kalibrierte äquivalente Einheiten | Empfindlich und geeignet für die schnelle In-situ-Überwachung | Die Reaktion hängt von der Zusammensetzung des Fluorophors ab und kann durch Temperatur, Trübung, optische Absorption und andere Störeinflüsse beeinflusst werden |
Einkanal-Fluorometer nutzen ein definiertes Anregungsband und ein Emissionsdetektionsband, um einen ausgewählten Fluoreszenzbereich der gelösten organischen Substanz anzusteuern. Aufgrund ihrer relativ einfachen optischen Konfiguration eignen sie sich für Feststationen, Profiling-Systeme, autonome Plattformen und andere Anwendungen, bei denen kompakte Geräte und eine unkomplizierte Datenausgabe wichtig sind. Beim Vergleich von Sensoren sollten die Anregungs- und Emissionswellenlängen, der Messbereich, die Nachweisgrenze, die Ansprechzeit, die Kalibrierungsmethode und die Tauchtiefe berücksichtigt werden.
Mehrkanal-Messgeräte vereinen mehrere Fluoreszenzkanäle in einem Sensorgehäuse. Sie können FDOM zusammen mit Chlorophyll oder anderen fluoreszierenden Zielsubstanzen messen oder mehrere Wellenlängenkombinationen nutzen, um zusätzliche Informationen über gelöste organische Stoffe zu liefern. Beim Vergleich von Daten sollten Wellenlängenkonfigurationen und Kalibrierungsmethoden berücksichtigt werden, da verschiedene Sensorkonstruktionen unterschiedlich auf dasselbe natürliche Wasser reagieren können.
Optische Absorptionssensoren messen Veränderungen des durchgelassenen Lichts über eine oder mehrere Wellenlängen hinweg, um farbige gelöste organische Substanzen (CDOM) direkter zu charakterisieren. Je nach Gerät können Messungen in ausgewählten optischen Bändern oder über ein breiteres Spektrum hinweg erfasst werden. Diese Sensoren eignen sich, wenn die CDOM-Absorption selbst – und nicht die Fluoreszenz als Indikator – die primäre Zielgröße ist. Die optische Weglänge, Streuung und Verschmutzung können die Messungen beeinflussen und sollten bei der Inbetriebnahme und der Datenverarbeitung berücksichtigt werden.
Spektrale und hyperspektrale Systeme erfassen optische Eigenschaften über zahlreiche eng beieinanderliegende Wellenlängen hinweg. Je nach Sensoraufbau können die zusätzlichen spektralen Informationen die Analyse der Absorptionsform, der spektralen Steigungen und optisch komplexer Gewässer unterstützen. Diese Messungen sind besonders wertvoll, wenn In-situ-Beobachtungen mit Laborspektroskopie, Radiometrie oder der Fernerkundung der Meeresfarbe in Verbindung gebracht werden.
CDOM-Fluorometer „UviLux“ von Chelsea Technologies.
Ein Sensor für gelöste organische Substanzen kann neben Leitfähigkeit, Temperatur, Tiefe, Trübung, gelöstem Sauerstoff, Chlorophyll und anderen Messgrößen in eine Multiparameter-Sonde integriert werden. Die gemeinsame Erfassung dieser Parameter liefert den ökologischen Kontext für die Interpretation von Veränderungen bei CDOM oder FDOM. Multiparameter-Konfigurationen finden breite Anwendung in ozeanografischen CTD-Systemen (Leitfähigkeit, Temperatur und Tiefe) sowie auf anderen Plattformen zur Wasserqualitätsmessung.
CDOM- und FDOM-Messungen liefern hochfrequente Indikatoren für Veränderungen bei optisch aktiven gelösten organischen Stoffen. Sie können räumliche Gradienten, saisonale Zyklen, Durchmischungsereignisse und kurzfristige Schwankungen aufzeigen, die sich allein anhand einzelner Wasserproben nur schwer charakterisieren lassen. Sensormessungen sollten jedoch weiterhin als optische Beobachtungen und nicht als allgemeingültige Direktmessungen der Konzentration an gelöstem organischem Kohlenstoff interpretiert werden.
Küsten- und Mündungsgebiete weisen häufig starke Gradienten hinsichtlich Salzgehalt, Schwebstoffen, Phytoplankton und landherkömmlicher gelöster organischer Substanz auf. Eine CDOM- oder FDOM-Sonde kann dabei helfen, Veränderungen im Zusammenhang mit Gezeiten, Süßwasserzufluss, Sturmereignissen und der Vermischung von Wassermassen zu identifizieren, wenn die Messungen zusammen mit relevanten physikalischen und optischen Daten ausgewertet werden.
CDOM kann in Süßwasser, das in Küstengebiete einströmt, eine bedeutende Rolle spielen, wodurch optische Messungen für die Untersuchung von Flussausläufern und des Austauschs zwischen Land und Meer nützlich sind. Kontinuierliche Messungen können Forschern dabei helfen, die Verteilung und Vermischung von gelöstem organischem Material von den Flussmündungen bis in die Ästuare und Schelfgewässer zu verfolgen. Die Kombination von CDOM- oder FDOM-Beobachtungen mit Salzgehaltsmessungen liefert zusätzliche Informationen über den Einfluss von Süßwasser.
Gelöstes organisches Material ist ein chemisch vielfältiger Bestandteil des aquatischen Kohlenstoffkreislaufs. CDOM- und FDOM-Sensoren ermöglichen es Forschern zu untersuchen, wie sich optisch aktive Fraktionen während der biologischen Produktion, der mikrobiellen Verarbeitung, der photochemischen Umwandlung und des physikalischen Transports verändern. Zusammenhänge zwischen Fluoreszenz und gelöstem organischem Kohlenstoff können nützlich sein, hängen jedoch von den Umweltbedingungen ab und sollten ermittelt und nicht einfach vorausgesetzt werden.
Fluoreszierende gelöste organische Substanz kann nützliche Indikatoren für Untersuchungen zum Einfluss von Abwasser und zum Transport von Schadstoffen liefern. Im Feld einsetzbare Fluoreszenzsensoren werden unter anderem zur Verfolgung von Abwässern und zur Überwachung von Veränderungen der Wasserqualität eingesetzt. Ein FDOM-Sensor identifiziert jedoch von sich aus keinen bestimmten Schadstoff, weshalb ergänzende Messungen wichtig sind, wenn eine Quellenzuordnung oder chemische Identifizierung erforderlich ist.
CDOM absorbiert stark bei kürzeren Wellenlängen und kann das von Ozeanfarbenmessgeräten erfasste spektrale Lichtfeld erheblich beeinflussen. In-situ-CDOM-Messungen unterstützen daher die optische Charakterisierung und die Interpretation von Fernerkundungsbeobachtungen, insbesondere in Küstengewässern, in denen Phytoplankton, Schwebstoffe und gelöste Farbstoffe unabhängig voneinander variieren können.
CDOM- und FDOM-Messungen liefern aussagekräftigere Ergebnisse, wenn sie mit Sensoren synchronisiert werden, die die physikalische, partikuläre, biologische und chemische Umgebung erfassen.
Insbesondere bei FDOM-Messungen können Temperatur, Trübung, Verschmutzung, optische Dämpfung und filterinterne Effekte das beobachtete Signal beeinflussen. Korrekturverfahren können sensorspezifisch oder standortspezifisch sein, weshalb eine angemessene Kalibrierung, Qualitätskontrolle, Reinigung und unterstützende Messungen für eine fundierte Dateninterpretation wichtig sind.
Die Entwicklung der CDOM- und FDOM-Sensortechnologie konzentriert sich zunehmend darauf, umfangreichere optische Informationen zu gewinnen und gleichzeitig die Größe, den Energiebedarf sowie den Wartungsaufwand im Zusammenhang mit Langzeitbeobachtungen zu reduzieren.
Da diese Beobachtungssysteme zunehmend integriert werden, bleiben eine einheitliche Kalibrierung, die Dokumentation von Anregungs- und Emissionswellenlängen, Korrekturmethoden sowie Metadaten wichtig für den Vergleich von Messungen über verschiedene Instrumente, Umgebungen und Zeiträume hinweg.
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