Os fluorómetros oceanográficos medem a fluorescência proveniente de substâncias naturais ou introduzidas na água do mar, com vista a apoiar a monitorização biológica, biogeoquímica e ambiental. Os sistemas podem ser configurados para detetar clorofila-a, CDOM, pigmentos de algas, marcadores fluorescentes ou compostos relacionados com hidrocarbonetos, estando disponíveis opções de fluorometria de canal único, multicanal, espectral e ativa.
Esta página apresenta fornecedores de fluorómetros subaquáticos com instrumentos que vão desde unidades portáteis de campo até fluorómetros subaquáticos resistentes à pressão.
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Os fluorómetros oceanográficos medem a fluorescência proveniente de substâncias naturais ou introduzidas na água do mar. Um fluorómetro ilumina uma amostra ou um volume de água num comprimento de onda de excitação selecionado e, em seguida, deteta a luz emitida num comprimento de onda mais longo. Através da seleção de filtros óticos, fontes de luz e detetores, um sensor fluorométrico pode ser configurado para alvos que incluem clorofila-a, Matéria Orgânica Dissolvida Colorida (CDOM), pigmentos de algas, corantes fluorescentes e alguns compostos de hidrocarbonetos. A fluorometria in vivo proporciona medições rápidas de fluorescência relativa e, com calibração e validação adequadas, permite estimar a concentração. Os resultados podem também ser influenciados pela temperatura, pelas partículas, pela luz ambiente, pela resposta do detetor e pelas propriedades óticas da amostra.
Os sistemas de fluorometria marinha vão desde instrumentos de fluorometria portáteis para medições no terreno até fluorómetros submersíveis resistentes à pressão, concebidos para uma implantação contínua. Um fluorómetro subaquático pode funcionar de forma independente ou fazer parte de um perfilador oceanográfico com fluorómetro, de um conjunto de medição de condutividade, temperatura e profundidade (CTD), de uma amarração, de um planador subaquático, de uma bóia ou de outra plataforma de observação autónoma. Esta versatilidade apoia a oceanografia biológica, a monitorização da qualidade da água, a investigação biogeoquímica e a observação oceanográfica distribuída.
Os fluorómetros de clorofila medem a fluorescência associada aos pigmentos fotossintéticos, em particular à clorofila-a. Um fluorómetro de clorofila-a ou um sensor de fluorescência de clorofila permite observações frequentes da distribuição do fitoplâncton. Estas medições são normalmente consideradas como indicadores, em vez de medições fixas da concentração de clorofila, uma vez que o rendimento da fluorescência varia em função da fisiologia do fitoplâncton, da luz ambiente, da temperatura, do estado dos nutrientes e da composição da comunidade. As medições à superfície também podem ser suprimidas por extinção não fotoquímica sob forte luz solar, pelo que a calibração local e as amostras de apoio melhoram a interpretação.
Fluorómetro de clorofila a SWiFT SVPplus da Teledyne Valeport.
Um fluorómetro CDOM deteta a fluorescência associada à matéria orgânica dissolvida em águas naturais. A Matéria Orgânica Dissolvida Fluorescente (FDOM) refere-se especificamente à fração fluorescente ou ao sinal associado à matéria orgânica dissolvida. Um sensor de CDOM ajuda a caracterizar massas de água, aportes terrestres, transporte de matéria orgânica e processos costeiros. A interpretação depende das bandas de excitação e emissão, embora a temperatura e a interferência ótica também possam afetar a resposta.
Os sensores de ficocianina e ficoeritrina têm como alvo pigmentos acessórios associados às cianobactérias e a outros organismos fotossintéticos. Um fluorómetro de cianobactérias, um fluorómetro de algas azul-esverdeadas ou um fluorómetro de algas pode complementar um sensor de clorofila convencional quando são necessárias mais informações sobre os grupos de pigmentos. Nenhuma destas medições permite a identificação definitiva das espécies, uma vez que a concentração de pigmentos e o rendimento de fluorescência variam consoante os organismos e as condições ambientais.
Os fluorómetros de corantes medem marcadores fluorescentes introduzidos deliberadamente para estudar o movimento da água. Um fluorómetro de rodamina ou um sensor de rodamina pode rastrear a rodamina WT, enquanto um fluorómetro de fluoresceína ou uma sonda de fluoresceína pode ser configurado para experiências baseadas em fluoresceína. Estes instrumentos apoiam estudos de dispersão, diluição, tempo de residência, mistura e transporte. A escolha correta dos canais óticos e a calibração são importantes, uma vez que a resposta varia em função da concentração, da temperatura, da fluorescência de fundo e, em concentrações elevadas, da autoabsorção ótica.
Os sensores de óleo em água utilizam a fluorescência para detetar compostos associados a hidrocarbonetos petrolíferos, frequentemente através da excitação ultravioleta de constituintes aromáticos. Um sensor de petróleo bruto pode indicar fluorescência relacionada com hidrocarbonetos em torno de infraestruturas offshore, portos ou operações de resposta a derrames. A resposta depende fortemente da composição do petróleo e do contexto ambiental, pelo que são necessárias calibração e confirmação específicas para cada aplicação.
Sensor de excitação azul para clorofila A e B da AML Oceanographic
Os fluorómetros multicanal combinam várias medições óticas num único instrumento. Os canais podem ter como alvo a clorofila, o CDOM, a ficocianina, a ficoeritrina, os hidrocarbonetos ou outros fluoróforos, e alguns instrumentos combinam a fluorescência com a turbidez ou a retrodifusão ótica. Isto proporciona um contexto mais abrangente nos casos em que ocorrem variações em vários processos, embora seja necessário ter em conta a sobreposição espectral e a sensibilidade cruzada entre os canais.
Os fluorómetros espectrais recolhem informação de fluorescência numa gama de comprimentos de onda mais ampla do que um fluorómetro de filtro convencional com bandas óticas fixas. A informação adicional permite separar assinaturas sobrepostas e caracterizar misturas complexas de material fluorescente, mas também aumenta as exigências em termos de calibração, correção espectral, processamento de dados e validação.
Os sistemas de fluorometria ativa utilizam sequências de excitação controladas para investigar a função fotossintética, em vez de se limitarem apenas à intensidade constante da fluorescência. Dependendo da técnica, as medições de fluorescência variável podem fornecer informações relacionadas com a eficiência fotoquímica e o estado fisiológico do fitoplâncton. Estes sistemas ajudam a distinguir alterações na abundância de algas das alterações causadas pelo histórico de luz ou pela condição fisiológica.
Os sensores de clorofila permitem observações rápidas da variabilidade do fitoplâncton, enquanto as medições de ficocianina e ficoeritrina fornecem informações adicionais sobre os grupos portadores de pigmentos. Um fluorómetro para proliferação de algas nocivas (HAB) ou um sensor de cianobactérias pode apoiar a deteção precoce de alterações nas condições da proliferação, mas a fluorescência, por si só, não identifica uma espécie nociva nem determina a toxicidade. A monitorização operacional é mais eficaz quando as medições óticas são combinadas com observações ambientais e verificação biológica.
As águas costeiras e estuarinas apresentam fortes gradientes de salinidade, partículas, fitoplâncton e matéria orgânica dissolvida. As sondas CDOM, os fluorómetros de clorofila e as medições de turbidez podem ajudar a determinar os limites das plumas e a acompanhar a mistura. A combinação da fluorescência com a condutividade, a temperatura, a profundidade e a retrodifusão ótica ajuda a distinguir processos que, de outra forma, poderiam produzir alterações semelhantes num único canal do sensor.
Os fluorómetros apoiam medições biológicas e biogeoquímicas, desde levantamentos a bordo de navios até missões autónomas. Um perfilador fluorométrico permite identificar estruturas verticais de clorofila que a amostragem à superfície pode não detetar, enquanto boias de perfilagem e outras plataformas podem combinar a fluorescência da clorofila com sensores físicos e biogeoquímicos. As observações multiparâmetro ajudam a relacionar as respostas biológicas com a estrutura da coluna de água, o oxigénio, os nutrientes e os campos de partículas.
Os marcadores fluorescentes constituem um meio prático de acompanhar parcelas de água marcadas durante experiências de mistura e circulação. A fluorescência natural proveniente do CDOM também pode indicar alterações nas massas de água quando interpretada em conjunto com medições hidrográficas. Os dados de fluorescência podem ser combinados com observações de absorção, atenuação, retrodifusão e radiométricas para investigar as propriedades óticas da água do mar.
A monitorização por fluorómetro oceanográfico pode ir além dos pigmentos, abrangendo a fluorescência relacionada com hidrocarbonetos e semelhante à das proteínas. Os instrumentos de deteção de óleo na água podem indicar alterações nos sinais associados ao petróleo, enquanto um sensor de triptofano ou um fluorómetro de triptofano pode medir a fluorescência de tipo proteico associada à matéria orgânica dissolvida. Estes sinais não são específicos de uma única fonte de poluição, pelo que as linhas de base locais, as medições de apoio e a calibração são importantes para uma interpretação fundamentada.
A implantação de fluorómetros marinhos de longa duração requer medidas para manter as superfícies óticas limpas e distinguir as alterações ambientais da degradação dos sensores.
A garantia de qualidade deve também incluir verificações em escuro ou em branco, quando aplicável, a verificação em relação aos padrões de calibração, a inspeção da saturação do detetor e a análise de picos causados por bolhas ou partículas.
A fluorometria oceanográfica continua a evoluir no sentido de medições óticas mais ricas e de uma interpretação mais integrada.
Estes desenvolvimentos estão a aumentar o valor dos sensores fluorométricos oceanográficos enquanto componentes de sistemas de perfilagem, observatórios fixos e redes autónomas de monitorização marinha.
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