Os sensores de Matéria Orgânica Dissolvida Colorida (CDOM) medem as propriedades óticas da matéria orgânica dissolvida em ambientes marinhos, costeiros, estuarinos e de água doce. Os sensores de Matéria Orgânica Dissolvida Fluorescente (FDOM) utilizam medições de fluorescência, enquanto os instrumentos baseados na absorção caracterizam a CDOM de forma mais direta.
Esta categoria apresenta fornecedores de sensores de FDOM e CDOM para monitorização da qualidade da água, investigação do ciclo do carbono, avaliação da poluição, estudos de plumas fluviais e validação da cor do oceano.
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Os sensores de CDOM e FDOM fornecem medições óticas da matéria orgânica dissolvida em ambientes marinhos, costeiros, estuarinos e de água doce. Estes instrumentos apoiam a monitorização da qualidade da água, a investigação biogeoquímica, os estudos do ciclo do carbono, a avaliação da poluição e os levantamentos oceanográficos, através da deteção de assinaturas óticas associadas à matéria orgânica dissolvida.
A Matéria Orgânica Dissolvida Colorida (CDOM), também conhecida como Matéria Orgânica Dissolvida Cromófora, é a fração absorvente de luz da matéria orgânica dissolvida e pode influenciar significativamente a cor da água e o campo de luz subaquático. A Matéria Orgânica Dissolvida Fluorescente (FDOM) é a fração fluorescente da matéria orgânica dissolvida. Embora o CDOM e o FDOM sejam por vezes utilizados de forma intercambiável na terminologia dos instrumentos, representam propriedades óticas relacionadas, mas distintas.
Sensor de CDOM da AML Oceanographic.
O CDOM caracteriza-se fundamentalmente através da absorção de luz, enquanto o FDOM é medido através da fluorescência. Na prática, muitos instrumentos descritos como sensores de CDOM, sondas de CDOM ou fluorómetros de CDOM medem a fluorescência, uma vez que esta permite observações in situ compactas e sensíveis. Estes instrumentos medem, portanto, o FDOM e podem utilizar o sinal de fluorescência como indicador das alterações no CDOM ou na matéria orgânica dissolvida, desde que tenha sido estabelecida uma relação adequada para o corpo de água e para o objetivo da medição.
| Medição | Princípio Ótico | Resultados típicos da medição | Principais vantagens | Limitações |
| CDOM | Absorção da luz ultravioleta e visível | Extinção, coeficiente de absorção ou medição espectral relacionada | Caracteriza diretamente a componente absorvente de luz da matéria orgânica dissolvida | Requer uma seleção espectral adequada e o controlo dos efeitos instrumentais, das partículas e da amostra |
| FDOM | Fluorescência resultante da excitação ótica | Intensidade de fluorescência, Unidades Relativas de Fluorescência (RFU), Unidades de Sulfato de Quinina (QSU) ou outras unidades equivalentes calibradas | Sensível e adequado para monitorização rápida in situ | A resposta depende da composição do fluoróforo e pode ser afetada pela temperatura, turbidez, absorção ótica e outras interferências |
Os fluorómetros de canal único utilizam uma banda de excitação e uma banda de deteção de emissão definidas para visar uma região fluorescente selecionada da matéria orgânica dissolvida. A sua configuração ótica relativamente simples torna-os adequados para estações fixas, pacotes de perfilagem, plataformas autónomas e outras aplicações em que a instrumentação compacta e a saída de dados simples são importantes. Ao comparar sensores, devem ser tidos em conta os comprimentos de onda de excitação e emissão, a gama de medição, o limite de deteção, o tempo de resposta, o método de calibração e a profundidade nominal.
Os instrumentos multicanal combinam vários canais de fluorescência num único conjunto de sensores. Podem medir o FDOM em conjunto com a clorofila ou outros alvos fluorescentes, ou utilizar múltiplas combinações de comprimentos de onda para fornecer informação adicional sobre a matéria orgânica dissolvida. As configurações de comprimento de onda e os métodos de calibração devem ser tidos em conta ao comparar dados, uma vez que os diferentes modelos de sensores podem responder de forma distinta à mesma água natural.
Os sensores de absorção ótica medem as variações na luz transmitida em um ou mais comprimentos de onda para caracterizar a matéria orgânica dissolvida colorida de forma mais direta. Dependendo do instrumento, as medições podem ser recolhidas em bandas óticas selecionadas ou ao longo de um espectro mais amplo. Estes sensores são adequados quando a própria absorção da CDOM, em vez da fluorescência como indicador, constitui a principal grandeza de interesse. O comprimento do caminho ótico, a dispersão e a incrustação podem influenciar as medições e devem ser tidos em conta durante a instalação e o processamento dos dados.
Os sistemas espectrais e hiperespectrais determinam as propriedades óticas em inúmeros comprimentos de onda próximos entre si. Dependendo da conceção do sensor, a informação espectral adicional pode apoiar a análise da forma da absorção, das inclinações espectrais e de águas óticamente complexas. Estas medições são particularmente valiosas quando se relacionam observações in situ com a espectroscopia laboratorial, a radiometria ou o teledeteção da cor do oceano.
Um sensor de matéria orgânica dissolvida pode ser integrado numa sonda multiparâmetro, juntamente com medições de condutividade, temperatura, profundidade, turbidez, oxigénio dissolvido, clorofila e outros parâmetros. A recolha conjunta destes parâmetros fornece um contexto ambiental para a interpretação de alterações no CDOM ou no FDOM. As configurações multiparâmetro são amplamente utilizadas em sistemas oceanográficos de condutividade, temperatura e profundidade (CTD) e noutras plataformas de qualidade da água.
Fluorómetro CDOM, UviLux, da Chelsea Technologies.
As medições de CDOM e FDOM fornecem indicadores de alta frequência das alterações na matéria orgânica dissolvida opticamente ativa. Permitem identificar gradientes espaciais, ciclos sazonais, eventos de mistura e variabilidade a curto prazo que podem ser difíceis de caracterizar utilizando apenas amostras de água discretas. As medições dos sensores devem, no entanto, continuar a ser interpretadas como observações óticas e não como medições diretas universais da concentração de carbono orgânico dissolvido.
Os ambientes costeiros e estuarinos contêm frequentemente gradientes acentuados de salinidade, matéria em suspensão, fitoplâncton e matéria orgânica dissolvida de origem terrestre. Uma sonda de CDOM ou FDOM pode ajudar a identificar alterações associadas às marés, descargas de água doce, eventos de tempestade e mistura de massas de água, quando as medições são interpretadas em conjunto com dados físicos e óticos relevantes.
O CDOM pode ser proeminente na água doce que entra nos ambientes costeiros, tornando as medições óticas úteis para investigar plumas fluviais e o intercâmbio terra-oceano. As medições contínuas podem ajudar os investigadores a acompanhar a distribuição e a mistura de matéria orgânica dissolvida desde as fozes dos rios até aos estuários e às águas da plataforma continental. A combinação de observações de CDOM ou FDOM com medições de salinidade fornece informações adicionais sobre a influência da água doce.
A matéria orgânica dissolvida é um componente quimicamente diversificado do ciclo do carbono aquático. Os sensores de CDOM e FDOM permitem aos investigadores examinar como as frações opticamente ativas variam durante a produção biológica, o processamento microbiano, a alteração fotoquímica e o transporte físico. As relações entre a fluorescência e o carbono orgânico dissolvido podem ser úteis, mas dependem das condições ambientais e devem ser estabelecidas, em vez de assumidas.
A matéria orgânica dissolvida fluorescente pode fornecer indicadores úteis em estudos sobre a influência das águas residuais e o transporte de contaminantes. Os sensores de fluorescência utilizáveis no terreno são utilizados em aplicações que incluem o rastreio de águas residuais e a monitorização de alterações na qualidade da água. No entanto, um sensor de FDOM não identifica, por si só, um contaminante específico, pelo que são importantes medições complementares quando é necessária a atribuição da fonte ou a identificação química.
O CDOM apresenta uma forte absorção em comprimentos de onda mais curtos e pode afetar substancialmente o campo espectral de luz medido por instrumentos de cor do oceano. As medições in situ do CDOM apoiam, por conseguinte, a caracterização ótica e a interpretação de observações de teledeteção, especialmente em águas costeiras onde o fitoplâncton, as partículas em suspensão e a cor dissolvida podem variar de forma independente.
As medições de CDOM e FDOM tornam-se mais informativas quando sincronizadas com sensores que descrevem o ambiente físico, particulado, biológico e químico circundante.
No que diz respeito às medições de FDOM em particular, a temperatura, a turbidez, a incrustação, a atenuação ótica e os efeitos do filtro interno podem influenciar o sinal observado. Os procedimentos de correção podem ser específicos do sensor ou do local, tornando a calibração adequada, o controlo de qualidade, a limpeza e as medições de apoio importantes para uma interpretação defensável dos dados.
O desenvolvimento da tecnologia de deteção de CDOM e FDOM centra-se cada vez mais na obtenção de informação ótica mais rica, reduzindo simultaneamente o tamanho, os requisitos de energia e os encargos de manutenção associados a observações de longa duração.
À medida que estes sistemas de observação se tornam cada vez mais integrados, a calibração consistente, a documentação dos comprimentos de onda de excitação e emissão, os métodos de correção e os metadados continuam a ser importantes para comparar medições entre instrumentos, ambientes e períodos de tempo.
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