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Fabricantes y proveedores de sensores CDOM
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
Descripción general de los sensores CDOM y FDOM para la monitorización de la calidad del agua
Introducción a los sensores de FDOM y CDOM
Los sensores de CDOM y FDOM proporcionan mediciones ópticas de la materia orgánica disuelta en entornos marinos, costeros, estuarinos y de agua dulce. Estos instrumentos facilitan el control de la calidad del agua, la investigación biogeoquímica, los estudios sobre el ciclo del carbono, la evaluación de la contaminación y los estudios oceanográficos mediante la detección de firmas ópticas asociadas a la materia orgánica disuelta.
La materia orgánica disuelta coloreada (CDOM), también conocida como materia orgánica disuelta cromófora, es la fracción de la materia orgánica disuelta que absorbe la luz y puede influir significativamente en el color del agua y en el campo luminoso subacuático. La materia orgánica disuelta fluorescente (FDOM) es la fracción fluorescente de la materia orgánica disuelta. Aunque los términos CDOM y FDOM se utilizan a veces indistintamente en la terminología de los instrumentos, representan propiedades ópticas relacionadas pero distintas.
Sensor de CDOM de AML Oceanographic.
Medición de CDOM frente a FDOM
El CDOM se caracteriza fundamentalmente por la absorción de luz, mientras que el FDOM se mide mediante fluorescencia. En la práctica, muchos instrumentos descritos como sensores de CDOM, sondas de CDOM o fluorómetros de CDOM miden la fluorescencia, ya que esto permite realizar observaciones in situ compactas y sensibles. Por lo tanto, estos instrumentos miden el FDOM y pueden utilizar la señal de fluorescencia como indicador de los cambios en el CDOM o en la materia orgánica disuelta cuando se ha establecido una relación adecuada para la masa de agua y el objetivo de la medición.
| Medición | Principio óptico | Resultado típico de la medición | Ventajas clave | Limitaciones |
| CDOM | Absorción de la luz ultravioleta y visible | Absorbancia, coeficiente de absorción o mediciones espectrales relacionadas | Caracteriza directamente el componente de la materia orgánica disuelta que absorbe la luz | Requiere una selección espectral adecuada y el control de los efectos instrumentales, de las partículas y de la muestra |
| FDOM | Fluorescencia tras la excitación óptica | Intensidad de fluorescencia, unidades de fluorescencia relativa (RFU), unidades de sulfato de quinina (QSU) u otras unidades equivalentes calibradas | Método sensible y adecuado para la monitorización rápida in situ | La respuesta depende de la composición del fluoróforo y puede verse afectada por la temperatura, la turbidez, la absorción óptica y otras interferencias |
Principales tipos de sensores de CDOM y FDOM
Fluorómetros monocanal
Los fluorómetros monocanal utilizan una banda de excitación y una banda de detección de emisión definidas para centrarse en una región fluorescente seleccionada de la materia orgánica disuelta. Su configuración óptica relativamente sencilla los hace adecuados para estaciones fijas, equipos de perfilado, plataformas autónomas y otras aplicaciones en las que es importante contar con instrumentos compactos y una salida de datos sencilla. A la hora de comparar sensores, deben tenerse en cuenta las longitudes de onda de excitación y emisión, el rango de medición, el límite de detección, el tiempo de respuesta, el método de calibración y la profundidad nominal.
Sensores de fluorescencia multicanal
Los instrumentos multicanal combinan varios canales de fluorescencia en un único paquete de sensores. Pueden medir la materia orgánica disuelta fluorescente (FDOM) junto con la clorofila u otros objetivos fluorescentes, o utilizar múltiples combinaciones de longitudes de onda para proporcionar información adicional sobre la materia orgánica disuelta. A la hora de comparar datos, deben tenerse en cuenta las configuraciones de longitud de onda y los métodos de calibración, ya que los diseños de los sensores pueden responder de forma diferente ante la misma agua natural.
Sensores de absorción óptica
Los sensores de absorción óptica miden los cambios en la luz transmitida en una o más longitudes de onda para caracterizar la materia orgánica disuelta coloreada de forma más directa. Dependiendo del instrumento, las mediciones pueden recogerse en bandas ópticas seleccionadas o a lo largo de un espectro más amplio. Estos sensores resultan adecuados cuando la absorción de la CDOM en sí misma, en lugar de la fluorescencia como indicador, es la principal magnitud de interés. La longitud del recorrido óptico, la dispersión y las incrustaciones pueden influir en las mediciones y deben tenerse en cuenta durante la instalación y el procesamiento de los datos.
Sensores ópticos espectrales e hiperespectrales
Los sistemas espectrales e hiperespectrales determinan las propiedades ópticas a lo largo de numerosas longitudes de onda muy próximas entre sí. Dependiendo del diseño del sensor, la información espectral adicional puede facilitar el análisis de la forma de la absorción, las pendientes espectrales y las aguas ópticamente complejas. Estas mediciones resultan especialmente valiosas a la hora de relacionar las observaciones in situ con la espectroscopia de laboratorio, la radiometría o la teledetección del color del océano.
Sensores integrados en sondas multiparamétricas
Un sensor de materia orgánica disuelta puede integrarse en una sonda multiparamétrica junto con mediciones de conductividad, temperatura, profundidad, turbidez, oxígeno disuelto, clorofila y otros parámetros. La recopilación conjunta de estos parámetros proporciona un contexto medioambiental para interpretar los cambios en el CDOM o el FDOM. Las configuraciones multiparamétricas se utilizan ampliamente en los sistemas oceanográficos de conductividad, temperatura y profundidad (CTD) y en otras plataformas de calidad del agua.
Fluorímetro CDOM, UviLux, de Chelsea Technologies.
Aplicaciones principales de las sondas FDOM y CDOM
Monitorización de la materia orgánica disuelta
Las mediciones de CDOM y FDOM proporcionan indicadores de alta frecuencia de los cambios en la materia orgánica disuelta ópticamente activa. Permiten determinar gradientes espaciales, ciclos estacionales, fenómenos de mezcla y variabilidad a corto plazo que pueden resultar difíciles de caracterizar utilizando únicamente muestras de agua discretas. No obstante, las mediciones de los sensores deben interpretarse como observaciones ópticas y no como mediciones directas universales de la concentración de carbono orgánico disuelto.
Calidad de las aguas costeras y estuarinas
Los entornos costeros y estuarinos suelen presentar fuertes gradientes en cuanto a salinidad, material en suspensión, fitoplancton y materia orgánica disuelta de origen terrestre. Una sonda de CDOM o FDOM puede ayudar a identificar cambios asociados a las mareas, las descargas de agua dulce, los fenómenos de tormenta y la mezcla de masas de agua cuando las mediciones se interpretan junto con los datos físicos y ópticos pertinentes.
Aportes de materia orgánica fluvial y terrestre
El CDOM puede tener un papel destacado en el agua dulce que entra en los entornos costeros, lo que hace que las mediciones ópticas resulten útiles para investigar las plumas fluviales y el intercambio entre la tierra y el océano. Las mediciones continuas pueden ayudar a los investigadores a seguir la distribución y la mezcla de la materia orgánica disuelta desde las desembocaduras de los ríos hasta los estuarios y las aguas de la plataforma continental. La combinación de observaciones de CDOM o FDOM con mediciones de salinidad proporciona información adicional sobre la influencia del agua dulce.
Investigación biogeoquímica y del ciclo del carbono
La materia orgánica disuelta es un componente químicamente diverso del ciclo del carbono acuático. Los sensores de CDOM y FDOM permiten a los investigadores examinar cómo varían las fracciones ópticamente activas durante la producción biológica, el procesamiento microbiano, la alteración fotoquímica y el transporte físico. Las relaciones entre la fluorescencia y el carbono orgánico disuelto pueden resultar útiles, pero dependen de las condiciones ambientales y deben establecerse de forma rigurosa, en lugar de darse por sentadas.
Monitorización de aguas residuales y contaminación
La materia orgánica disuelta fluorescente puede proporcionar indicadores útiles en los estudios sobre la influencia de las aguas residuales y el transporte de contaminantes. Los sensores de fluorescencia desplegables sobre el terreno se utilizan para aplicaciones que incluyen el seguimiento de las aguas residuales y la monitorización de los cambios en la calidad del agua. Sin embargo, un sensor de FDOM no identifica de por sí un contaminante específico, por lo que es importante realizar mediciones complementarias cuando se requiere la atribución de la fuente o la identificación química.
Color del océano y mediciones ópticas del agua
La CDOM absorbe intensamente en longitudes de onda más cortas y puede afectar sustancialmente al campo espectral de luz medido por los instrumentos de color del océano. Por lo tanto, las mediciones in situ de la CDOM respaldan la caracterización óptica y la interpretación de las observaciones de teledetección, especialmente en aguas costeras donde el fitoplancton, las partículas en suspensión y el color disuelto pueden variar de forma independiente.
Integración con sensores oceánicos complementarios
Las mediciones de CDOM y FDOM resultan más informativas cuando se sincronizan con sensores que describen el entorno físico, particulado, biológico y químico circundante.
- Sensores de conductividad, temperatura y profundidad (CTD): Las mediciones de los CTD sitúan las observaciones de CDOM y FDOM en el contexto de las masas de agua, los gradientes de salinidad, la estratificación y la estructura vertical.
- Sensores de turbidez y sedimentos en suspensión: Los datos de turbidez ayudan a identificar la absorción y la dispersión relacionadas con las partículas que pueden interferir en las mediciones de fluorescencia y pueden respaldar procedimientos de corrección validados.
- Sensores de clorofila y de fluorescencia de algas: Las mediciones combinadas ayudan a distinguir la variabilidad de la materia orgánica disuelta de los cambios asociados al fitoplancton y a otros materiales biológicos.
- Sensores de oxígeno disuelto y biogeoquímicos: Las mediciones de oxígeno y otras relacionadas aportan contexto sobre la productividad biológica, la respiración y las condiciones cambiantes del ecosistema.
- Mediciones de nutrientes y carbono: las observaciones de nitratos, carbono orgánico disuelto y otros parámetros químicos pueden compararse con las señales ópticas para desarrollar y validar relaciones específicas del entorno.
En el caso concreto de las mediciones de FDOM, la temperatura, la turbidez, las incrustaciones, la atenuación óptica y los efectos del filtro interno pueden influir en la señal observada. Los procedimientos de corrección pueden ser específicos de cada sensor o de cada emplazamiento, por lo que resulta importante llevar a cabo una calibración adecuada, un control de calidad, una limpieza y mediciones complementarias para garantizar una interpretación de los datos que sea defendible.
Novedades en la detección de CDOM y FDOM
El desarrollo de la tecnología de detección de CDOM y FDOM se centra cada vez más en obtener información óptica más detallada, al tiempo que se reducen el tamaño, los requisitos de alimentación y la carga de mantenimiento asociados a las observaciones de larga duración.
- Fluorescencia multilongitud de onda y espectral: Los canales ópticos adicionales pueden proporcionar una caracterización más detallada de la materia orgánica disuelta fluorescente que un único par de excitación y emisión.
- Sensores miniaturizados para plataformas autónomas: los diseños compactos y de bajo consumo permiten la integración con planeadores, vehículos submarinos autónomos (AUV), vehículos de superficie no tripulados (USV), perfiladores y sistemas de observación distribuidos.
- Gestión automatizada de las incrustaciones biológicas: Los avances en los limpiaparabrisas automáticos y otros métodos de limpieza ayudan a mantener las superficies ópticas en buen estado durante los despliegues en los que el crecimiento biológico podría afectar progresivamente a las mediciones.
- Redes integradas de sensores biogeoquímicos: La combinación de CDOM y FDOM con mediciones físicas, de nutrientes, oxígeno, clorofila y carbono permite una interpretación más completa del ciclo del carbono acuático y de la variabilidad del ecosistema.
A medida que estos sistemas de observación se integran cada vez más, la calibración coherente, la documentación de las longitudes de onda de excitación y emisión, los métodos de corrección y los metadatos siguen siendo importantes para comparar las mediciones entre instrumentos, entornos y períodos de tiempo.
