Ozeanographische Fluorometer messen die Fluoreszenz natürlicher oder zugesetzter Substanzen im Meerwasser, um die biologische, biogeochemische und umweltbezogene Überwachung zu unterstützen. Die Systeme können so konfiguriert werden, dass sie Chlorophyll-a, CDOM, Algenpigmente, fluoreszierende Tracer oder kohlenwasserstoffhaltige Verbindungen nachweisen; dabei stehen Optionen für Ein-Kanal-, Mehrkanal-, spektrale und aktive Fluorometrie zur Verfügung.
Auf dieser Seite werden Anbieter von Unterwasserfluorometern vorgestellt, deren Produktpalette von tragbaren Feldgeräten bis hin zu druckfesten Unterwasserfluorometern reicht.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Hochpräzise ozeanografische Sensoren und hydrografische Messlösungen für Meeres- und Unterwasserplattformen
Fortschrittliche Lösungen für die Wasserqualitätsüberwachung und Umweltsensorik
Modulare hydrografische und ozeanografische Messgeräte für Vermessung, Forschung und autonome Meeresoperationen
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Ozeanografische Fluorometer messen die Fluoreszenz von natürlichen oder zugesetzten Substanzen im Meerwasser. Ein Fluorometer bestrahlt eine Probe oder ein Wasservolumen mit einer ausgewählten Anregungswellenlänge und erfasst anschließend das bei einer längeren Wellenlänge emittierte Licht. Durch die Auswahl geeigneter optischer Filter, Lichtquellen und Detektoren lässt sich ein Fluorometersensor für verschiedene Zielsubstanzen konfigurieren, darunter Chlorophyll-a, farbige gelöste organische Substanzen (CDOM), Algenpigmente, Fluoreszenzfarbstoffe und bestimmte Kohlenwasserstoffverbindungen. Die In-vivo-Fluorometrie ermöglicht schnelle relative Fluoreszenzmessungen und kann bei entsprechender Kalibrierung und Validierung die Konzentration abschätzen. Die Ergebnisse können zudem durch Temperatur, Partikel, Umgebungslicht, die Detektorempfindlichkeit sowie die optischen Eigenschaften der Probe beeinflusst werden.
Marine Fluorometersysteme reichen von tragbaren Fluorometer-Geräten für Feldmessungen bis hin zu druckfesten, tauchfähigen Fluorometern, die für den Dauereinsatz ausgelegt sind. Ein Unterwasserfluorometer kann eigenständig betrieben werden oder Teil eines ozeanografischen Fluorometer-Profilers, eines CTD-Pakets (Leitfähigkeit, Temperatur und Tiefe), einer Verankerung, eines Gleiters, eines Schwimmers oder einer anderen autonomen Beobachtungsplattform sein. Diese Vielseitigkeit unterstützt die biologische Ozeanografie, die Überwachung der Wasserqualität, die biogeochemische Forschung sowie die dezentrale Meeresbeobachtung.
Chlorophyll-Fluorometer messen die Fluoreszenz, die mit photosynthetischen Pigmenten, insbesondere Chlorophyll-a, in Verbindung steht. Ein Chlorophyll-a-Fluorometer oder Chlorophyll-Fluoreszenzsensor liefert regelmäßige Beobachtungen zur Verteilung des Phytoplanktons. Diese Messungen werden in der Regel eher als Indikatoren denn als feste Messwerte der Chlorophyllkonzentration betrachtet, da die Fluoreszenzausbeute von der Physiologie des Phytoplanktons, dem Umgebungslicht, der Temperatur, dem Nährstoffstatus und der Zusammensetzung der Planktongemeinschaft abhängt. Oberflächenmessungen können zudem durch nicht-photochemische Löschung bei starker Sonneneinstrahlung beeinträchtigt werden, sodass eine lokale Kalibrierung und begleitende Probenahmen die Interpretation verbessern.
SWiFT SVPplus Chlorophyll-a-Fluorometer von Teledyne Valeport.
Ein CDOM-Fluorometer erfasst die Fluoreszenz, die mit gelöstem organischem Material in natürlichen Gewässern verbunden ist. Fluoreszierende gelöste organische Substanz (FDOM) bezieht sich speziell auf den fluoreszierenden Anteil oder das Signal, das mit gelöstem organischem Material assoziiert ist. Ein CDOM-Sensor trägt zur Charakterisierung von Wassermassen, terrestrischen Einträgen, dem Transport organischer Stoffe und küstennahen Prozessen bei. Die Auswertung hängt von den Anregungs- und Emissionsbanden ab, wobei auch Temperatur und optische Interferenzen die Messwerte beeinflussen können.
Phycocyanin- und Phycoerythrin-Sensoren erfassen akzessorische Pigmente, die mit Cyanobakterien und anderen photosynthetischen Organismen assoziiert sind. Ein Cyanobakterien-Fluorometer, Blaualgen-Fluorometer oder Algen-Fluorometer kann einen herkömmlichen Chlorophyllsensor ergänzen, wenn detailliertere Informationen zu den Pigmentgruppen benötigt werden. Keine der beiden Messungen ermöglicht eine eindeutige Artenbestimmung, da die Pigmentkonzentration und die Fluoreszenzausbeute je nach Organismus und Umweltbedingungen variieren.
Farbstoff-Fluorometer messen gezielt eingebrachte fluoreszierende Tracer, um Wasserbewegungen zu untersuchen. Ein Rhodamin-Fluorometer oder Rhodamin-Sensor kann Rhodamin WT nachverfolgen, während ein Fluorescein-Fluorometer oder eine Fluorescein-Sonde für Experimente auf Fluorescein-Basis konfiguriert werden kann. Diese Geräte unterstützen Untersuchungen zu Ausbreitung, Verdünnung, Verweildauer, Vermischung und Transport. Die Wahl der richtigen optischen Kanäle und eine korrekte Kalibrierung sind wichtig, da die Messreaktion von Konzentration, Temperatur, Hintergrundfluoreszenz und – bei hohen Konzentrationen – von der optischen Selbstabsorption abhängt.
Öl-in-Wasser-Sensoren nutzen Fluoreszenz zum Nachweis von Verbindungen, die mit Erdöl-Kohlenwasserstoffen in Verbindung stehen, häufig durch ultraviolette Anregung aromatischer Bestandteile. Ein Rohölsensor kann kohlenwasserstoffbedingte Fluoreszenz in der Nähe von Offshore-Anlagen, Häfen oder bei Maßnahmen zur Bekämpfung von Ölverschmutzungen anzeigen. Die Reaktion hängt stark von der Ölzusammensetzung und den Umgebungsbedingungen ab, sodass eine anwendungsspezifische Kalibrierung und Validierung erforderlich sind.
Sensor zur blauen Anregung von Chlorophyll A und B von AML Oceanographic
Mehrkanal-Fluorometer vereinen mehrere optische Messungen in einem einzigen Gerät. Die Kanäle können auf Chlorophyll, CDOM, Phycocyanin, Phycoerythrin, Kohlenwasserstoffe oder weitere Fluorophore ausgerichtet sein, und einige Geräte kombinieren Fluoreszenz mit Trübung oder optischer Rückstreuung. Dies liefert mehr Kontext, wenn mehrere Prozesse variieren, wobei jedoch spektrale Überlappungen und Querempfindlichkeiten zwischen den Kanälen berücksichtigt werden müssen.
Spektralfluorometer erfassen Fluoreszenzdaten über einen breiteren Wellenlängenbereich als herkömmliche Filterfluorometer mit festen optischen Bändern. Die zusätzlichen Informationen ermöglichen die Trennung überlappender Signaturen und die Charakterisierung komplexer Gemische fluoreszierender Stoffe, stellen jedoch auch höhere Anforderungen an Kalibrierung, spektrale Korrektur, Datenverarbeitung und Validierung.
Aktive Fluorometriesysteme nutzen kontrollierte Anregungssequenzen, um die photosynthetische Funktion zu untersuchen, anstatt lediglich die konstante Fluoreszenzintensität zu messen. Je nach Technik können Messungen der variablen Fluoreszenz Informationen zur photochemischen Effizienz und zum physiologischen Zustand des Phytoplanktons liefern. Diese Systeme helfen dabei, Veränderungen der Algenhäufigkeit von Veränderungen zu unterscheiden, die durch die Lichtgeschichte oder den physiologischen Zustand verursacht werden.
Chlorophyllsensoren ermöglichen schnelle Beobachtungen der Variabilität des Phytoplanktons, während Phycocyanin- und Phycoerythrin-Messungen zusätzliche Informationen über pigmenthaltige Gruppen liefern. Ein Fluorometer zur Überwachung schädlicher Algenblüten (HAB) oder ein Cyanobakterien-Sensor kann die frühzeitige Erkennung sich verändernder Blühbedingungen unterstützen, doch lässt sich anhand der Fluoreszenz allein keine schädliche Art identifizieren oder die Toxizität bestimmen. Die operative Überwachung ist am aussagekräftigsten, wenn optische Messungen mit Umweltbeobachtungen und biologischer Verifizierung kombiniert werden.
Küsten- und Mündungsgewässer weisen starke Gradienten hinsichtlich Salzgehalt, Partikeln, Phytoplankton und gelöstem organischem Material auf. CDOM-Sonden, Chlorophyll-Fluorometer und Trübungsmessungen können dabei helfen, die Grenzen von Wasserausströmungen zu bestimmen und den Vermischungsprozess zu verfolgen. Die Kombination von Fluoreszenz mit Leitfähigkeit, Temperatur, Tiefe und optischer Rückstreuung hilft dabei, Prozesse zu unterscheiden, die andernfalls ähnliche Veränderungen in einem Sensorkanal hervorrufen könnten.
Fluorometer unterstützen biologische und biogeochemische Messungen – von Vermessungen an Bord von Schiffen bis hin zu autonomen Missionen. Ein Fluorometer-Profiler kann vertikale Chlorophyllstrukturen aufschlüsseln, die bei Probenahmen an der Oberfläche möglicherweise übersehen werden, während Profiling-Floats und andere Plattformen die Chlorophyllfluoreszenz mit physikalischen und biogeochemischen Sensoren kombinieren können. Multiparameter-Beobachtungen helfen dabei, biologische Reaktionen mit der Struktur der Wassersäule, dem Sauerstoffgehalt, Nährstoffen und Partikelfeldern in Zusammenhang zu bringen.
Fluoreszierende Tracer bieten eine praktische Möglichkeit, markierte Wasserpakete während Vermischungs- und Zirkulationsexperimenten zu verfolgen. Die natürliche Fluoreszenz von CDOM kann in Verbindung mit hydrografischen Messungen ebenfalls auf sich verändernde Wassermassen hinweisen. Fluoreszenzdaten lassen sich mit Absorptions-, Dämpfungs-, Rückstreuungs- und radiometrischen Beobachtungen kombinieren, um die optischen Eigenschaften des Meerwassers zu untersuchen.
Die ozeanographische Fluorometerüberwachung kann über Pigmente hinaus auch auf kohlenwasserstoffbezogene und proteinähnliche Fluoreszenz ausgeweitet werden. Geräte zur Messung von Öl in Wasser können Veränderungen bei Signalen im Zusammenhang mit Erdöl anzeigen, während ein Tryptophan-Sensor oder ein Tryptophan-Fluorometer die mit gelöstem organischem Material verbundene proteinähnliche Fluoreszenz messen kann. Da diese Signale nicht spezifisch für eine bestimmte Verschmutzungsquelle sind, sind lokale Referenzwerte, unterstützende Messungen und eine Kalibrierung für eine fundierte Interpretation von großer Bedeutung.
Langzeit-Einsätze von marinen Fluorometern erfordern Maßnahmen, um die optischen Oberflächen sauber zu halten und Umweltveränderungen von einer Alterung der Sensoren zu unterscheiden.
Die Qualitätssicherung sollte gegebenenfalls auch Dunkel- oder Blindprüfungen, den Abgleich mit Kalibrierstandards, die Überprüfung auf Detektorsättigung sowie die Überprüfung auf durch Blasen oder Partikel verursachte Spitzenwerte umfassen.
Die ozeanografische Fluorometrie entwickelt sich weiter hin zu umfassenderen optischen Messungen und einer stärker integrierten Auswertung.
Diese Entwicklungen steigern den Wert ozeanografischer Fluorometersensoren als Komponenten von Profiling-Systemen, festen Beobachtungsstationen und autonomen marinen Überwachungsnetzwerken.
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