I sensori di clorofilla sono strumenti ottici utilizzati per monitorare la clorofilla, in particolare la clorofilla-a, quale indicatore della biomassa fitoplanctonica negli ambienti acquatici. Le tecnologie comprendono fluorimetri monocanale e multispettrali, strumenti a fluorescenza variabile e sensori spettrali o basati sull’assorbimento per la profilatura, il monitoraggio della qualità dell’acqua, il rilevamento delle fioriture e la ricerca biogeochimica.
Questa pagina presenta i fornitori di sensori di clorofilla destinati all’installazione su boe, ormeggi, galleggianti di profilatura, glider, sonde, AUV e USV.
Leggi il Panoramica tecnologica
Sensori di alta precisione, CTD multiparametrici e sistemi integrati per la ricerca e il monitoraggio dell'ambiente marino
Boe e apparecchiature di telemetria per applicazioni marine e in alto mare
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 sensori di clorofilla sono strumenti ottici utilizzati per rilevare e monitorare la clorofilla negli ambienti acquatici, in particolare la clorofilla-a, il principale pigmento fotosintetico comunemente impiegato come indicatore della biomassa fitoplanctonica. La maggior parte degli strumenti in situ misura la fluorescenza della clorofilla e utilizza il segnale ottico risultante come indicatore della concentrazione, consentendo osservazioni rapide e continue lungo l’intera colonna d’acqua sotto forma di stima derivata otticamente, anziché una misurazione diretta del pigmento estratto.
SWiFT SVPplus Chlorophyll a di Teledyne Valeport
Le misurazioni in situ della clorofilla offrono una copertura spaziale e temporale maggiore rispetto alle sole analisi di laboratorio su campioni estratti, sebbene i campioni discreti rimangano importanti ai fini della calibrazione e della convalida. La concentrazione di clorofilla dovrebbe inoltre essere distinta dalla fisiologia del fitoplancton, poiché la fluorescenza può variare in base alla composizione delle specie, all’esposizione alla luce, alle condizioni nutrizionali, allo stato fotosintetico e al quenching non fotochimico, oltre che all’abbondanza di pigmenti.
I fluorometri a canale singolo utilizzano una lunghezza d’onda o una banda di eccitazione definita per stimolare la fluorescenza della clorofilla e rilevare l’emissione risultante a lunghezze d’onda maggiori. La loro architettura ottica relativamente semplice li rende adatti alla profilatura di routine, alle stazioni di monitoraggio fisse, alle sonde multiparametriche e alle piattaforme oceaniche autonome. Un sensore di clorofilla a a canale singolo viene generalmente scelto quando il requisito principale è la stima continua della concentrazione di clorofilla piuttosto che una caratterizzazione dettagliata della composizione dei pigmenti o della fisiologia fotosintetica. La calibrazione locale migliora le stime quantitative.
I fluorometri a lunghezze d’onda multiple e multispettrali analizzano il campione utilizzando più di una banda ottica. Le differenze nelle caratteristiche di eccitazione e fluorescenza dei pigmenti fotosintetici possono fornire ulteriori informazioni sulla composizione del fitoplancton e possono favorire un’ampia discriminazione tra gruppi con pigmenti accessori diversi, sebbene ciò non garantisca un’identificazione tassonomica diretta. L’interpretazione rimane dipendente dalla composizione delle specie, dallo stato fisiologico, dall’interferenza ottica e dalla calibrazione; pertanto, le misurazioni multispettrali risultano spesso più utili se combinate con osservazioni biologiche o chimiche indipendenti.
I sensori a fluorescenza variabile misurano le variazioni della fluorescenza man mano che il fotosistema II risponde a un’eccitazione controllata. La fluorometria a frequenza di ripetizione rapida (FRRF) applica sequenze rapide di impulsi luminosi per caratterizzare le risposte fotosintetiche su scale temporali molto brevi. Anziché funzionare esclusivamente come rilevatori di clorofilla, gli strumenti FRRF sono in grado di ricavare parametri associati all’efficienza fotochimica e al trasporto di elettroni, rendendoli utili per gli studi sulla fisiologia del fitoplancton, sulle prestazioni fotosintetiche e sulla produttività.
I sensori spettrali e basati sull’assorbimento caratterizzano il modo in cui i pigmenti del fitoplancton influenzano la luce su lunghezze d’onda selezionate, anziché basarsi esclusivamente sulla fluorescenza emessa. Queste tecniche possono fornire informazioni più ampie sull’assorbimento dei pigmenti e sulle proprietà ottiche intrinseche. Le misurazioni possono comunque essere influenzate da particelle in sospensione, materia organica disciolta colorata (CDOM), lunghezza del percorso ottico, diffusione e configurazione dello strumento; pertanto, la tecnologia più appropriata dipende dal prodotto di dati richiesto e dall’ambiente di impiego.
Le misurazioni della clorofilla negli ambienti oceanici aiutano i ricercatori a mappare la distribuzione del fitoplancton in senso orizzontale e lungo la colonna d’acqua. I profili ad alta risoluzione consentono di identificare strutture quali i massimi di clorofilla subsuperficiali, che non risultano evidenti dalle sole osservazioni in superficie. La clorofilla di per sé non misura direttamente la produttività primaria. Se combinate con dati relativi all’irraggiamento, ai nutrienti, all’ossigeno e all’idrografia, le misurazioni della clorofilla possono supportare gli studi sui fattori ambientali che regolano la biomassa e la produttività del fitoplancton.
Le misurazioni continue della clorofilla consentono di individuare rapidi aumenti o diminuzioni dell’abbondanza del fitoplancton e supportano l’individuazione, il monitoraggio e la caratterizzazione delle fioriture algali. Un elevato livello di clorofilla, di per sé, non è sufficiente a stabilire che una fioritura sia nociva né a identificare gli organismi coinvolti. Un sistema di monitoraggio delle HAB può pertanto combinare il rilevamento della clorofilla con la fluorescenza specifica dei pigmenti, la microscopia, l’analisi molecolare, le misurazioni delle tossine o altre tecniche biologiche.
La concentrazione di clorofilla nell’oceano costituisce un importante parametro biologico nel monitoraggio della qualità delle acque costiere ed estuarine, poiché l’arricchimento di nutrienti può stimolare la crescita del fitoplancton. Sensori fissi, boe, profilatori e piattaforme mobili consentono di caratterizzare gli andamenti stagionali e i cambiamenti di breve durata in prossimità degli scarichi fluviali, delle zone di risalita delle acque profonde, delle aree di acquacoltura e di altri ambienti dinamici. La misurazione continua è particolarmente preziosa laddove le condizioni biologiche mutano più rapidamente di quanto i programmi di campionamento convenzionali siano in grado di rilevare.
Sensore di eccitazione rossa per clorofilla A e B di AML Oceanographic
La produzione primaria del fitoplancton influenza le reti alimentari marine, nonché la trasformazione e il movimento del carbonio nell’oceano. Le osservazioni della clorofilla forniscono un contesto biologico per le misurazioni dell’ossigeno disciolto, dei nutrienti, del particolato, dell’irraggiamento e della chimica del carbonio inorganico. I set di dati integrati aiutano i ricercatori a studiare in che modo la circolazione, la miscelazione, l’apporto di nutrienti, la disponibilità di luce e altre condizioni ambientali influenzano le comunità fitoplanctoniche e i processi biogeochimici marini.
Le misurazioni in situ costituiscono un importante collegamento tra le osservazioni biologiche subacquee e i prodotti relativi al colore dell’oceano derivati dal telerilevamento satellitare. Galleggianti, glider, ormeggi, navi e osservatori fissi sono in grado di raccogliere dati sulla clorofilla oceanica risolti in profondità, che integrano le misurazioni satellitari incentrate sulla superficie. La combinazione di queste fonti supporta l’analisi della variabilità stagionale, dei cambiamenti dell’ecosistema, della produttività regionale e dei modelli globali della clorofilla oceanica su scale temporali estese.
Le sonde e i sensori di clorofilla possono essere integrati con una varietà di piattaforme oceanografiche, a seconda dell’intervallo di profondità richiesto, della copertura spaziale, dell’autonomia e della frequenza di campionamento.
L’integrazione delle piattaforme dovrebbe inoltre tenere conto della profondità nominale dei sensori, del fabbisogno energetico, della frequenza di campionamento, della geometria ottica, del rischio di incrostazioni biologiche, delle interfacce dati e dell’accessibilità per la manutenzione o la calibrazione.
I metodi di riferimento e le procedure documentate di controllo della qualità aiutano i ricercatori a convalidare le misurazioni dei sensori e a migliorare la comparabilità tra strumenti, piattaforme e programmi di monitoraggio.
La procedura di riferimento appropriata deve corrispondere alla tecnologia del sensore, alle condizioni di impiego, alla qualità dei dati richiesta e all’uso scientifico previsto delle misurazioni.
I progressi nella strumentazione ottica stanno ampliando la gamma di informazioni biologiche ricavabili dalle misurazioni della clorofilla, migliorandone al contempo l’idoneità all’osservazione oceanica autonoma e di lunga durata.
Questi sviluppi stanno estendendo il rilevamento della clorofilla oltre la semplice stima di routine della concentrazione oceanica di clorofilla, verso un’osservazione più integrata dell’abbondanza, della composizione, della fisiologia e della variabilità ecologica del fitoplancton.
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