Gli strumenti fluorometrici oceanografici misurano la fluorescenza emanata da sostanze naturali o introdotte nell’acqua di mare, al fine di supportare il monitoraggio biologico, biogeochimico e ambientale. I sistemi possono essere configurati per rilevare clorofilla-a, CDOM, pigmenti algali, traccianti fluorescenti o composti correlati agli idrocarburi, con opzioni di fluorometria monocanale, multicanale, spettrale e attiva disponibili.
Questa pagina presenta i fornitori di fluorometri subacquei con strumenti che spaziano dalle unità portatili da campo ai fluorometri subacquei resistenti alla pressione.
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Sensori oceanografici di alta precisione e soluzioni di misurazione idrografica per piattaforme marine e sottomarine
Soluzioni avanzate per il monitoraggio della qualità dell'acqua e il rilevamento ambientale
Strumentazione idrografica e oceanografica modulare per rilievi, ricerca e operazioni marine autonome
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I fluorometri oceanografici misurano la fluorescenza proveniente da sostanze naturali o introdotte nell’acqua di mare. Un fluorometro illumina un campione o un volume d’acqua a una lunghezza d’onda di eccitazione selezionata, quindi rileva la luce emessa a una lunghezza d’onda maggiore. Selezionando filtri ottici, sorgenti luminose e rilevatori, è possibile configurare il sensore di un fluorometro per il rilevamento di target quali la clorofilla-a, la materia organica disciolta colorata (CDOM), i pigmenti algali, i coloranti fluorescenti e alcuni composti idrocarburici. La fluorometria in vivo fornisce rapide misurazioni della fluorescenza relativa e, con un’adeguata calibrazione e convalida, consente di stimarne la concentrazione. I risultati possono inoltre essere influenzati dalla temperatura, dalle particelle, dalla luce ambientale, dalla risposta del rilevatore e dalle proprietà ottiche del campione.
I sistemi fluorometrici marini spaziano dagli strumenti fluorometrici portatili per misurazioni sul campo ai fluorometri sommergibili resistenti alla pressione, progettati per un impiego continuo. Un fluorometro subacqueo può funzionare in modo indipendente o far parte di un profiler oceanografico, di un pacchetto CTD (Conduttività, Temperatura e Profondità), di un ormeggio, di un glider, di un galleggiante o di altre piattaforme di osservazione autonome. Questa versatilità supporta l’oceanografia biologica, il monitoraggio della qualità dell’acqua, la ricerca biogeochimica e l’osservazione oceanica distribuita.
I fluorometri per la clorofilla misurano la fluorescenza associata ai pigmenti fotosintetici, in particolare alla clorofilla-a. Un fluorometro per la clorofilla-a o un sensore di fluorescenza della clorofilla fornisce osservazioni frequenti sulla distribuzione del fitoplancton. Tali misurazioni vengono solitamente considerate come indicatori piuttosto che come misurazioni fisse della concentrazione di clorofilla, poiché la resa di fluorescenza varia in base alla fisiologia del fitoplancton, alla luce ambientale, alla temperatura, allo stato dei nutrienti e alla composizione della comunità. Le misurazioni in superficie possono inoltre essere attenuate dal quenching non fotochimico in presenza di forte luce solare; pertanto, la calibrazione locale e i campioni di supporto migliorano l’interpretazione dei dati.
Fluorometro per clorofilla a SWiFT SVPplus di Teledyne Valeport.
Un fluorometro CDOM rileva la fluorescenza associata alla materia organica disciolta nelle acque naturali. La materia organica disciolta fluorescente (FDOM) si riferisce specificatamente alla frazione fluorescente o al segnale associato alla materia organica disciolta. Un sensore CDOM contribuisce a caratterizzare le masse d’acqua, gli apporti terrestri, il trasporto di materia organica e i processi costieri. L’interpretazione dipende dalle bande di eccitazione ed emissione, mentre anche la temperatura e le interferenze ottiche possono influenzare la risposta.
I sensori di ficocianina e ficoeritrina rilevano i pigmenti accessori associati ai cianobatteri e ad altri organismi fotosintetici. Un fluorometro per cianobatteri, un fluorometro per alghe blu-verdi o un fluorometro per alghe può integrare un sensore di clorofilla convenzionale quando sono necessarie ulteriori informazioni sui gruppi di pigmenti. Nessuna delle due misurazioni fornisce un’identificazione definitiva della specie, poiché la concentrazione dei pigmenti e la resa di fluorescenza variano a seconda degli organismi e delle condizioni ambientali.
I fluorimetri a colorante misurano traccianti fluorescenti introdotti intenzionalmente per studiare il movimento dell’acqua. Un fluorimetro a rodamina o un sensore a rodamina è in grado di rilevare la rodamina WT, mentre un fluorimetro a fluoresceina o una sonda a fluoresceina può essere configurato per esperimenti basati sulla fluoresceina. Questi strumenti supportano studi su dispersione, diluizione, tempo di permanenza, miscelazione e trasporto. È importante utilizzare i canali ottici corretti ed effettuare una calibrazione adeguata, poiché la risposta varia in funzione della concentrazione, della temperatura, della fluorescenza di fondo e, a concentrazioni elevate, dell’autoassorbimento ottico.
I sensori per olio in acqua utilizzano la fluorescenza per rilevare composti associati agli idrocarburi petroliferi, spesso tramite eccitazione ultravioletta dei costituenti aromatici. Un sensore per petrolio greggio è in grado di rilevare la fluorescenza correlata agli idrocarburi in prossimità di infrastrutture offshore, porti o operazioni di intervento in caso di sversamenti. La risposta dipende fortemente dalla composizione del petrolio e dal contesto ambientale, pertanto sono necessarie una calibrazione e una conferma specifiche per l’applicazione.
Sensore di eccitazione blu per clorofilla A e B di AML Oceanographic
I fluorimetri multicanale combinano diverse misurazioni ottiche in un unico strumento. I canali possono essere dedicati alla clorofilla, al CDOM, alla ficocianina, alla ficoeritrina, agli idrocarburi o ad altri fluorofori, e alcuni strumenti combinano la fluorescenza con la torbidità o la retrodiffusione ottica. Ciò fornisce un contesto più ampio in cui variano diversi processi, sebbene sia necessario tenere conto della sovrapposizione spettrale e della sensibilità incrociata tra i canali.
I fluorometri spettrali raccolgono informazioni sulla fluorescenza in un intervallo di lunghezze d’onda più ampio rispetto a un fluorometro a filtro convenzionale con bande ottiche fisse. Le informazioni aggiuntive consentono di separare le firme che si sovrappongono e di caratterizzare miscele complesse di materiale fluorescente, ma aumentano anche le esigenze in termini di calibrazione, correzione spettrale, elaborazione dei dati e convalida.
I sistemi di fluorometria attiva utilizzano sequenze di eccitazione controllate per studiare la funzione fotosintetica, anziché limitarsi a misurare l’intensità costante della fluorescenza. A seconda della tecnica, le misurazioni della fluorescenza variabile possono fornire informazioni relative all’efficienza fotochimica e allo stato fisiologico del fitoplancton. Questi sistemi aiutano a distinguere i cambiamenti nell’abbondanza delle alghe da quelli causati dalla storia luminosa o dalle condizioni fisiologiche.
I sensori di clorofilla consentono di osservare rapidamente la variabilità del fitoplancton, mentre le misurazioni della ficocianina e della ficoeritrina forniscono ulteriori informazioni sui gruppi che contengono pigmenti. Un fluorometro per le fioriture algali nocive (HAB) o un sensore per cianobatteri può favorire l’individuazione precoce di condizioni mutevoli delle fioriture, ma la fluorescenza da sola non consente di identificare una specie nociva né di determinarne la tossicità. Il monitoraggio operativo risulta più efficace quando le misurazioni ottiche sono combinate con osservazioni ambientali e verifiche biologiche.
Le acque costiere ed estuarine presentano forti gradienti di salinità, particelle, fitoplancton e materia organica disciolta. Le sonde CDOM, i fluorometri per la clorofilla e le misurazioni della torbidità possono aiutare a definire i confini dei pennacchi e a monitorarne la miscelazione. La combinazione della fluorescenza con la conduttività, la temperatura, la profondità e la retrodiffusione ottica aiuta a distinguere i processi che, altrimenti, potrebbero produrre variazioni simili in un unico canale del sensore.
I fluorometri supportano le misurazioni biologiche e biogeochimiche, dalle campagne di rilevamento a bordo di navi alle missioni autonome. Un fluorometro profilatore è in grado di rilevare strutture verticali di clorofilla che il campionamento in superficie potrebbe non rilevare, mentre i galleggianti profilatori e altre piattaforme possono combinare la fluorescenza della clorofilla con sensori fisici e biogeochimici. Le osservazioni multiparametriche contribuiscono a mettere in relazione le risposte biologiche con la struttura della colonna d’acqua, l’ossigeno, i nutrienti e i campi di particelle.
I traccianti fluorescenti costituiscono uno strumento pratico per seguire le masse d’acqua contrassegnate durante gli esperimenti di miscelazione e circolazione. La fluorescenza naturale proveniente dal CDOM può inoltre indicare il cambiamento delle masse d’acqua se interpretata insieme alle misurazioni idrografiche. I dati di fluorescenza possono essere combinati con osservazioni di assorbimento, attenuazione, retrodiffusione e osservazioni radiometriche per studiare le proprietà ottiche dell’acqua di mare.
Il monitoraggio oceanografico mediante fluorometro può estendersi oltre i pigmenti fino a comprendere la fluorescenza correlata agli idrocarburi e quella di tipo proteico. Gli strumenti per il rilevamento di olio in acqua possono indicare variazioni nei segnali associati al petrolio, mentre un sensore di triptofano o un fluorometro per il triptofano può misurare la fluorescenza di tipo proteico associata al materiale organico disciolto. Poiché tali segnali non sono specifici di una singola fonte di inquinamento, i valori di riferimento locali, le misurazioni di supporto e la calibrazione sono fondamentali per un’interpretazione attendibile.
Le installazioni di fluorometri marini di lunga durata richiedono misure volte a mantenere pulite le superfici ottiche e a distinguere i cambiamenti ambientali dal degrado dei sensori.
La garanzia di qualità dovrebbe inoltre includere, ove applicabile, controlli al buio o in bianco, la verifica rispetto agli standard di calibrazione, l’ispezione della saturazione del rilevatore e l’analisi dei picchi causati da bolle o particelle.
La fluorometria oceanografica continua a evolversi verso misurazioni ottiche più articolate e un’interpretazione più integrata.
Questi sviluppi stanno aumentando il valore dei sensori fluorometrici oceanografici come componenti di sistemi di profilatura, osservatori fissi e reti autonome di monitoraggio marino.
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