I sensori per la materia organica disciolta colorata (CDOM) misurano le proprietà ottiche del materiale organico disciolto in ambienti marini, costieri, estuarini e d'acqua dolce. I sensori per la materia organica disciolta fluorescente (FDOM) utilizzano misurazioni di fluorescenza, mentre gli strumenti basati sull'assorbimento caratterizzano la CDOM in modo più diretto.
Questa categoria presenta i fornitori di sensori FDOM e CDOM destinati al monitoraggio della qualità dell’acqua, alla ricerca sul ciclo del carbonio, alla valutazione dell’inquinamento, agli studi sui pennacchi fluviali e alla convalida del colore dell’oceano.
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I sensori CDOM e FDOM forniscono misurazioni ottiche della materia organica disciolta in ambienti marini, costieri, estuarini e d’acqua dolce. Questi strumenti supportano il monitoraggio della qualità dell’acqua, la ricerca biogeochimica, gli studi sul ciclo del carbonio, la valutazione dell’inquinamento e le indagini oceanografiche, rilevando le caratteristiche ottiche associate alla materia organica disciolta.
La materia organica disciolta colorata (CDOM), nota anche come materia organica disciolta cromoforica, è la frazione della materia organica disciolta che assorbe la luce e può influenzare in modo significativo il colore dell’acqua e il campo luminoso subacqueo. La materia organica disciolta fluorescente (FDOM) è la frazione fluorescente della materia organica disciolta. Sebbene i termini CDOM e FDOM siano talvolta utilizzati in modo intercambiabile nella terminologia relativa agli strumenti, essi rappresentano proprietà ottiche correlate ma distinte.
Sensore CDOM di AML Oceanographic.
Il CDOM è caratterizzato fondamentalmente dall’assorbimento della luce, mentre l’FDOM viene misurato tramite fluorescenza. In pratica, molti strumenti descritti come sensori CDOM, sonde CDOM o fluorimetri CDOM misurano la fluorescenza poiché ciò consente osservazioni in situ compatte e sensibili. Tali strumenti misurano quindi l’FDOM e possono utilizzare il segnale di fluorescenza come indicatore delle variazioni del CDOM o della materia organica disciolta, qualora sia stata stabilita una relazione appropriata per il corpo idrico e l’obiettivo di misurazione.
| Misurazione | Principio ottico | Risultati tipici della misurazione | Vantaggi principali | Limiti |
| CDOM | Assorbimento della luce ultravioletta e visibile | Assorbanza, coefficiente di assorbimento o misurazioni spettrali correlate | Caratterizza direttamente la componente della materia organica disciolta che assorbe la luce | Richiede un’adeguata selezione spettrale e il controllo degli effetti strumentali, delle particelle e del campione |
| FDOM | Fluorescenza a seguito di eccitazione ottica | Intensità di fluorescenza, Unità di Fluorescenza Relativa (RFU), Unità di Solfato di Chinino (QSU) o altre unità equivalenti calibrate | Sensibile e adatto al monitoraggio rapido in situ | La risposta dipende dalla composizione del fluoroforo e può essere influenzata dalla temperatura, dalla torbidità, dall’assorbimento ottico e da altre interferenze |
I fluorimetri a canale singolo utilizzano una banda di eccitazione e una banda di rilevamento dell’emissione definite per individuare una regione fluorescente selezionata della materia organica disciolta. La loro configurazione ottica relativamente semplice li rende adatti a stazioni fisse, pacchetti di profilatura, piattaforme autonome e altre applicazioni in cui sono importanti la compattezza della strumentazione e la semplicità di output dei dati. Nel confrontare i sensori è necessario tenere in considerazione le lunghezze d’onda di eccitazione ed emissione, l’intervallo di misura, il limite di rilevamento, il tempo di risposta, il metodo di calibrazione e la profondità nominale.
Gli strumenti multicanale combinano diversi canali di fluorescenza all’interno di un unico sensore. Possono misurare la materia organica disciolta fluorescente (FDOM) insieme alla clorofilla o ad altri bersagli fluorescenti, oppure utilizzare combinazioni di lunghezze d’onda multiple per fornire informazioni aggiuntive sulla materia organica disciolta. Nel confrontare i dati è necessario tenere in considerazione le configurazioni delle lunghezze d’onda e i metodi di calibrazione, poiché i diversi modelli di sensori possono rispondere in modo diverso alla stessa acqua naturale.
I sensori a assorbimento ottico misurano le variazioni della luce trasmessa su una o più lunghezze d’onda per caratterizzare in modo più diretto la materia organica disciolta colorata (CDOM). A seconda dello strumento, le misurazioni possono essere effettuate su bande ottiche selezionate o su uno spettro più ampio. Questi sensori sono indicati quando è l’assorbimento della CDOM stessa, piuttosto che la fluorescenza come indicatore, a costituire la grandezza principale di interesse. La lunghezza del percorso ottico, la dispersione e le incrostazioni possono influenzare le misurazioni e devono essere tenute in considerazione durante l’installazione e l’elaborazione dei dati.
I sistemi spettrali e iperspettrali analizzano le proprietà ottiche su numerose lunghezze d’onda ravvicinate. A seconda del design del sensore, le informazioni spettrali aggiuntive possono supportare l’analisi della forma dell’assorbimento, delle pendenze spettrali e delle acque otticamente complesse. Queste misurazioni sono particolarmente preziose quando si mettono in relazione le osservazioni in situ con la spettroscopia di laboratorio, la radiometria o il telerilevamento del colore dell’oceano.
Un sensore per la materia organica disciolta può essere integrato in una sonda multiparametrica insieme a misurazioni di conduttività, temperatura, profondità, torbidità, ossigeno disciolto, clorofilla e altri parametri. La raccolta congiunta di questi parametri fornisce il contesto ambientale necessario per interpretare le variazioni di CDOM o FDOM. Le configurazioni multiparametriche sono ampiamente utilizzate nei sistemi oceanografici di misurazione della conduttività, della temperatura e della profondità (CTD) e in altre piattaforme per il monitoraggio della qualità dell’acqua.
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Le misurazioni di CDOM e FDOM forniscono indicatori ad alta frequenza delle variazioni della materia organica disciolta otticamente attiva. Sono in grado di rilevare gradienti spaziali, cicli stagionali, eventi di miscelazione e variabilità a breve termine che potrebbero risultare difficili da caratterizzare utilizzando esclusivamente campioni d’acqua discreti. Le misurazioni dei sensori devono comunque essere interpretate come osservazioni ottiche piuttosto che come misurazioni dirette universali della concentrazione di carbonio organico disciolto.
Gli ambienti costieri ed estuarini presentano comunemente forti gradienti di salinità, materiale sospeso, fitoplancton e materia organica disciolta di origine terrestre. Una sonda CDOM o FDOM può aiutare a identificare i cambiamenti associati alle maree, agli scarichi di acqua dolce, agli eventi temporaleschi e alla miscelazione delle masse d’acqua, quando le misurazioni vengono interpretate insieme ai dati fisici e ottici pertinenti.
Il CDOM può essere predominante nell’acqua dolce che entra negli ambienti costieri, rendendo le misurazioni ottiche utili per lo studio dei pennacchi fluviali e degli scambi terra-oceano. Le misurazioni continue possono aiutare i ricercatori a seguire la distribuzione e la miscelazione della materia organica disciolta dalle foci dei fiumi negli estuari e nelle acque della piattaforma continentale. La combinazione delle osservazioni del CDOM o dell’FDOM con le misurazioni della salinità fornisce ulteriori informazioni sull’influenza dell’acqua dolce.
La materia organica disciolta è una componente chimicamente diversificata del ciclo del carbonio acquatico. I sensori CDOM e FDOM consentono ai ricercatori di esaminare come le frazioni otticamente attive variano durante la produzione biologica, il trattamento microbico, l’alterazione fotochimica e il trasporto fisico. Le relazioni tra fluorescenza e carbonio organico disciolto possono risultare utili, ma dipendono dalle condizioni ambientali e devono essere stabilite con certezza piuttosto che date per scontate.
La materia organica disciolta fluorescente può fornire indicatori utili negli studi sull’influenza delle acque reflue e sul trasporto di contaminanti. I sensori di fluorescenza utilizzabili sul campo vengono impiegati per applicazioni che includono il tracciamento delle acque reflue e il monitoraggio dei cambiamenti nella qualità dell’acqua. Tuttavia, un sensore FDOM non identifica di per sé un contaminante specifico, pertanto è importante effettuare misurazioni complementari quando è necessario attribuire la fonte o identificare la sostanza chimica.
Il CDOM presenta un forte assorbimento alle lunghezze d’onda più corte e può influenzare in modo sostanziale il campo spettrale della luce misurato dagli strumenti di analisi del colore dell’oceano. Le misurazioni in situ del CDOM supportano pertanto la caratterizzazione ottica e l’interpretazione delle osservazioni di telerilevamento, specialmente nelle acque costiere dove il fitoplancton, le particelle sospese e il colore disciolto possono variare in modo indipendente.
Le misurazioni del CDOM e del FDOM diventano più informative se sincronizzate con sensori che descrivono l’ambiente fisico, particellare, biologico e chimico circostante.
Per le misurazioni FDOM in particolare, la temperatura, la torbidità, le incrostazioni, l’attenuazione ottica e gli effetti interni al filtro possono influenzare il segnale osservato. Le procedure di correzione possono essere specifiche per il sensore o per il sito, rendendo importanti una calibrazione adeguata, il controllo di qualità, la pulizia e le misurazioni di supporto per un’interpretazione dei dati difendibile.
Lo sviluppo della tecnologia di rilevamento del CDOM e del FDOM si concentra sempre più sull’ottenimento di informazioni ottiche più dettagliate, riducendo al contempo le dimensioni, i requisiti di alimentazione e l’onere di manutenzione associati alle osservazioni di lunga durata.
Man mano che questi sistemi di osservazione diventano sempre più integrati, la calibrazione coerente, la documentazione delle lunghezze d’onda di eccitazione ed emissione, i metodi di correzione e i metadati rimangono fondamentali per il confronto delle misurazioni tra strumenti, ambienti e periodi di tempo.
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