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Fabricantes y proveedores de fluorómetros subacuáticos
Teledyne Valeport
Sensores oceanográficos de alta precisión y soluciones de medición hidrográfica para plataformas marinas y submarinas
Gold Partner
Chelsea Technologies
Soluciones avanzadas de monitorización de la calidad del agua y de detección medioambiental
Silver Partner
AML Oceanographic
Instrumentación hidrográfica y oceanográfica modular para estudios, investigación y operaciones marítimas autónomas
Silver Partner
Guía completa sobre sensores e instrumentos fluorométricos oceanográficos
Introducción a los fluorómetros oceanográficos
Los fluorómetros oceanográficos miden la fluorescencia procedente de sustancias naturales o introducidas en el agua de mar. Un fluorómetro ilumina una muestra o un volumen de agua con una longitud de onda de excitación seleccionada y, a continuación, detecta la luz emitida en una longitud de onda mayor. Mediante la selección de filtros ópticos, fuentes de luz y detectores, el sensor de un fluorómetro puede configurarse para detectar objetivos como la clorofila-a, la materia orgánica disuelta coloreada (CDOM), los pigmentos de las algas, los colorantes fluorescentes y algunos compuestos de hidrocarburos. La fluorometría in vivo proporciona mediciones rápidas de fluorescencia relativa y, con una calibración y validación adecuadas, permite estimar la concentración. Los resultados también pueden verse influidos por la temperatura, las partículas, la luz ambiental, la respuesta del detector y las propiedades ópticas de la muestra.
Los sistemas de fluorómetros marinos abarcan desde instrumentos fluorométricos portátiles para mediciones sobre el terreno hasta fluorómetros sumergibles resistentes a la presión, diseñados para un despliegue continuo. Un fluorómetro submarino puede funcionar de forma independiente o formar parte de un perfilador oceanográfico con fluorómetro, un paquete de conductividad, temperatura y profundidad (CTD), un amarre, un planeador, un flotador u otra plataforma de observación autónoma. Esta versatilidad es de gran utilidad para la oceanografía biológica, la monitorización de la calidad del agua, la investigación biogeoquímica y la observación oceánica distribuida.
Tipos de instrumentos fluorométricos oceanográficos
Fluorómetros de clorofila
Los fluorómetros de clorofila miden la fluorescencia asociada a los pigmentos fotosintéticos, en particular la clorofila-a. Un fluorómetro de clorofila-a o un sensor de fluorescencia de clorofila proporciona observaciones frecuentes de la distribución del fitoplancton. Estas mediciones suelen considerarse indicadores indirectos, más que mediciones fijas de la concentración de clorofila, ya que el rendimiento de la fluorescencia varía en función de la fisiología del fitoplancton, la luz ambiental, la temperatura, el estado de los nutrientes y la composición de la comunidad. Las mediciones en superficie también pueden verse suprimidas por el apagamiento no fotoquímico bajo una luz solar intensa, por lo que la calibración local y las muestras de apoyo mejoran la interpretación.
Fluorómetros de CDOM y FDOM
Fluorímetro de clorofila a SWiFT SVPplus de Teledyne Valeport.
Un fluorímetro de CDOM detecta la fluorescencia asociada a la materia orgánica disuelta en aguas naturales. La materia orgánica disuelta fluorescente (FDOM) se refiere específicamente a la fracción fluorescente o a la señal asociada a la materia orgánica disuelta. Un sensor de CDOM ayuda a caracterizar las masas de agua, los aportes terrestres, el transporte de materia orgánica y los procesos costeros. La interpretación depende de las bandas de excitación y emisión, aunque la temperatura y las interferencias ópticas también pueden afectar a la respuesta.
Fluorómetros de ficocianina y ficoeritrina
Los sensores de ficocianina y ficoeritrina se centran en los pigmentos accesorios asociados a las cianobacterias y otros organismos fotosintéticos. Un fluorómetro de cianobacterias, de algas verdeazuladas o de algas puede complementar a un sensor de clorofila convencional cuando se requiere más información sobre los grupos de pigmentos. Ninguna de estas mediciones proporciona una identificación definitiva de las especies, ya que la concentración de pigmentos y el rendimiento de fluorescencia varían según los organismos y las condiciones ambientales.
Fluorómetros de colorantes y trazadores
Los fluorómetros de colorantes miden trazadores fluorescentes introducidos deliberadamente para estudiar el movimiento del agua. Un fluorómetro de rodamina o un sensor de rodamina puede detectar la rodamina WT, mientras que un fluorómetro de fluoresceína o una sonda de fluoresceína pueden configurarse para experimentos basados en fluoresceína. Estos instrumentos permiten realizar estudios sobre dispersión, dilución, tiempo de residencia, mezcla y transporte. Es importante seleccionar los canales ópticos adecuados y realizar una calibración correcta, ya que la respuesta varía en función de la concentración, la temperatura, la fluorescencia de fondo y, a concentraciones elevadas, la autoabsorción óptica.
Fluorómetros para hidrocarburos y aceite en agua
Los sensores de aceite en agua utilizan la fluorescencia para detectar compuestos asociados a los hidrocarburos del petróleo, a menudo mediante la excitación ultravioleta de los componentes aromáticos. Un sensor de petróleo crudo puede indicar fluorescencia relacionada con hidrocarburos en torno a infraestructuras marítimas, puertos u operaciones de respuesta ante derrames. La respuesta depende en gran medida de la composición del petróleo y del fondo ambiental, por lo que se requieren una calibración y una confirmación específicas para cada aplicación.
Fluorómetros multicanal
Sensor de excitación azul para clorofila A y B de AML Oceanographic
Los fluorómetros multicanal combinan varias mediciones ópticas en un único instrumento. Los canales pueden estar destinados a la clorofila, el CDOM, la ficocianina, la ficoeritrina, los hidrocarburos o otros fluoróforos, y algunos instrumentos combinan la fluorescencia con la turbidez o la retrodispersión óptica. Esto proporciona un mayor contexto cuando varían varios procesos, aunque deben tenerse en cuenta la superposición espectral y la sensibilidad cruzada entre canales.
Fluorómetros espectrales
Los fluorómetros espectrales recogen información de fluorescencia en un rango de longitudes de onda más amplio que un fluorómetro de filtro convencional con bandas ópticas fijas. La información adicional permite separar las señales que se solapan y caracterizar mezclas complejas de material fluorescente, pero también aumenta las exigencias en materia de calibración, corrección espectral, procesamiento de datos y validación.
Sistemas de fluorescencia variable y fluorometría activa
Los sistemas de fluorometría activa utilizan secuencias de excitación controladas para investigar la función fotosintética, en lugar de limitarse únicamente a la intensidad de fluorescencia constante. Dependiendo de la técnica, las mediciones de fluorescencia variable pueden proporcionar información relacionada con la eficiencia fotoquímica y el estado fisiológico del fitoplancton. Estos sistemas ayudan a distinguir los cambios en la abundancia de algas de los cambios provocados por el historial lumínico o la condición fisiológica.
Aplicaciones de los fluorómetros oceanográficos
Seguimiento del fitoplancton y de las floraciones de algas nocivas
Los sensores de clorofila permiten observar rápidamente la variabilidad del fitoplancton, mientras que las mediciones de ficocianina y ficoeritrina aportan información adicional sobre los grupos que contienen pigmentos. Un fluorómetro para floraciones de algas nocivas (HAB) o un sensor de cianobacterias puede facilitar la detección precoz de cambios en las condiciones de las floraciones, pero la fluorescencia por sí sola no permite identificar una especie nociva ni determinar su toxicidad. El seguimiento operativo resulta más eficaz cuando las mediciones ópticas se combinan con observaciones ambientales y verificaciones biológicas.
Calidad del agua en las plumas fluviales costeras
Las aguas costeras y estuarinas presentan fuertes gradientes de salinidad, partículas, fitoplancton y materia orgánica disuelta. Las sondas CDOM, los fluorómetros de clorofila y las mediciones de turbidez pueden ayudar a delimitar los límites de las plumas y a seguir los procesos de mezcla. La combinación de la fluorescencia con la conductividad, la temperatura, la profundidad y la retrodispersión óptica ayuda a distinguir procesos que, de otro modo, podrían producir cambios similares en un mismo canal del sensor.
Investigación biogeoquímica y de ecosistemas marinos
Los fluorómetros facilitan las mediciones biológicas y biogeoquímicas, desde estudios a bordo de buques hasta misiones autónomas. Un perfilador fluorométrico puede determinar estructuras verticales de clorofila que el muestreo en superficie podría pasar por alto, mientras que los flotadores de perfilado y otras plataformas pueden combinar la fluorescencia de la clorofila con sensores físicos y biogeoquímicos. Las observaciones multiparamétricas ayudan a relacionar las respuestas biológicas con la estructura de la columna de agua, el oxígeno, los nutrientes y los campos de partículas.
Investigación sobre la mezcla, la circulación y las propiedades ópticas del océano
Los trazadores fluorescentes constituyen un medio práctico para seguir parcelas de agua marcadas durante experimentos de mezcla y circulación. La fluorescencia natural procedente del CDOM también puede indicar cambios en las masas de agua cuando se interpreta junto con mediciones hidrográficas. Los datos de fluorescencia pueden combinarse con observaciones de absorción, atenuación, retrodispersión y radiométricas para investigar las propiedades ópticas del agua de mar.
Contaminación, hidrocarburos y vigilancia medioambiental
La monitorización con fluorómetros oceanográficos puede extenderse más allá de los pigmentos hasta abarcar la fluorescencia relacionada con los hidrocarburos y la de tipo proteico. Los instrumentos de detección de aceite en agua pueden indicar cambios en las señales asociadas al petróleo, mientras que un sensor de triptófano o un fluorómetro de triptófano pueden medir la fluorescencia de tipo proteico asociada a la materia orgánica disuelta. Estas señales no son específicas de una sola fuente de contaminación, por lo que las líneas de referencia locales, las mediciones complementarias y la calibración son importantes para una interpretación fundamentada.
Control de la bioincrustación y despliegue a largo plazo
Los despliegues de fluorómetros marinos de larga duración requieren medidas para mantener limpias las superficies ópticas y distinguir los cambios ambientales de la degradación de los sensores.
- Incrustaciones enla ventana óptica: El crecimiento biológico y el material depositado pueden alterar la trayectoria óptica y sesgar las mediciones de fluorescencia.
- Limpiaparabrisas mecánicos: los limpiaparabrisas integrados o externos pueden limpiar periódicamente las ventanas ópticas expuestas.
- Métodos antiincrustantes a base de cobre: en ocasiones se utilizan componentes o protecciones de cobre alrededor de las superficies ópticas, en función del diseño del instrumento y de la compatibilidad ambiental.
- Intervalos de limpieza y mantenimiento: La frecuencia de mantenimiento debe tener en cuenta la duración del despliegue, la productividad biológica, la orientación del sensor y la eficacia de los métodos antifouling.
- Detección de la deriva de datos relacionada con la suciedad: La inspección de series temporales, la comparación cruzada, las comprobaciones previas al despliegue y las mediciones posteriores a la recuperación pueden ayudar a distinguir los efectos de la suciedad biológica de la deriva del instrumento.
El control de calidad también debe incluir comprobaciones en condiciones de oscuridad o en blanco cuando sea aplicable, la verificación frente a patrones de calibración, la inspección de la saturación del detector y la revisión de picos causados por burbujas o partículas.
Novedades en fluorometría oceanográfica
La fluorometría oceanográfica sigue evolucionando hacia mediciones ópticas más completas y una interpretación más integrada.
- Detección óptica multicanal: la combinación de canales de fluorescencia con la dispersión u otras mediciones ópticas proporciona un contexto adicional en un único sistema.
- Fluorescencia espectral: unas mediciones espectrales más amplias pueden mejorar la caracterización de las señales de fluorescencia superpuestas en aguas ópticamente complejas.
- Mayor rango dinámico: unos rangos de medición utilizables más amplios ayudan a que los fluorómetros funcionen ante grandes variaciones en la productividad biológica, el material disuelto o la concentración de trazadores.
- Interpretación integrada de datos: La combinación de la fluorescencia con observaciones de CTD, retrodispersión, oxígeno, nutrientes y otros parámetros mejora la separación de las influencias físicas, biológicas y biogeoquímicas.
Estos avances están aumentando el valor de los sensores fluorométricos oceanográficos como componentes de sistemas de perfilado, observatorios fijos y redes autónomas de vigilancia marina.
