Fluorometer: Sensoren für die Wasserqualität

Fluorometer Funktionsprinzipien

Anregung: Das Fluorometer sendet Licht einer bestimmten Wellenlänge aus, um die fluoreszierenden Moleküle im Wasser anzuregen.

Emission: Diese Moleküle emittieren dann Licht mit einer anderen Wellenlänge.

Detektion: Das Fluorometer misst die Intensität des emittierten Lichts (Filter sorgen dafür, dass nur die gewünschte Wellenlänge erfasst wird), was die Konzentration der fluoreszierenden Substanz anzeigt.

Fluorometer-Anwendungen

• Qualität des Oberflächenwassers: Überwachen Sie Seen, Flüsse und Stauseen auf Schadstoffe und organische Stoffe, um gesunde Ökosysteme zu erhalten.
• Grundwasserüberwachung: Nachweis und Messung von Schadstoffen im Grundwasser, um sicheres Trinkwasser und Umweltschutz zu gewährleisten.
• Überwachung von Abwässern: Messung der Qualität von Abwässern, die aus Anlagen und industriellen Prozessen abgeleitet werden, um die Umweltvorschriften einzuhalten.
• Umweltforschung: Unterstützung wissenschaftlicher Studien über Wasserqualität und -verschmutzung als Beitrag zu den Bemühungen um den Umweltschutz.
• Tracer-Tests: Erkennen und verfolgen fluoreszierende Tracer in Wassersystemen und helfen dabei, Strömungsmuster zu verstehen, Lecks zu identifizieren und Umweltauswirkungen zu bewerten.

Solinst Eureka bietet eine breite Palette von Fluorometern an:

Chlorophyll-Sensoren

Chlorophyllder grüne Farbstoff im Phytoplankton und in den Algen, zeigt den Grad der Photosynthese an. Diese Primärproduktion bildet die Grundlage des aquatischen Nahrungsnetzes, das vom Zooplankton bis zu den Fischen alles versorgt. Während mäßige Chlorophyllwerte auf ein gesundes Ökosystem hindeuten, können überhöhte Werte ein Zeichen für Eutrophierung sein, was zu unangenehmen ästhetischen Erscheinungen, Geschmacks- und Geruchsproblemen des Trinkwassers und potenziellen Fischsterben führt.

Solinst Eureka bietet zwei Chlorophyllsensoren an: mit blauer und roter Anregung. In der Regel wird die blaue Version gewählt, da Algen blaues Licht gut absorbieren und somit eine hohe Empfindlichkeit für die Fluoreszenzerkennung bieten. Gelöste und partikuläre organische Stoffe (DOM/POM) können jedoch die Empfindlichkeit des blauen Sensors verringern. Der rote Chlorophyllsensor wurde entwickelt, um Störungen durch DOM/POM zu minimieren, und ermöglicht eine genaue Erfassung der Algenmenge, da rotes Licht diese Stoffe nicht anregt. Er ist zwar weniger empfindlich für die Erkennung eukaryontischer Algen, aber seine Wirksamkeit gegen Störungen kann diesen Nachteil aufwiegen. Außerdem ist die Fluorometrie mit roter Anregung empfindlicher für prokaryotische Algen (Cyanobakterien), was sie ideal für Süßwassersysteme macht, die reich an DOM und blaugrünen Algen sind.

Blau-Grün-Algen-Sensoren

Blaugrüne Algeneigentlich Bakterien, die als Cyanobakterien bekannt sind, sind photosynthetisch und für über 20 % der Photosynthese auf der Erde verantwortlich. Cyanobakterien tragen zwar zum Sauerstoffkreislauf bei, können sich aber vermehren und ihre Nährstoffe verbrauchen, was zu Fäulnis führt, die den Sauerstoffgehalt senkt und ein Fischsterben verursacht. Außerdem können absterbende Cyanobakterien Giftstoffe freisetzen, die für Menschen und Tiere schädlich sind.

Phycocyanin und Phycoerythrin sind Schlüsselindikatoren für schädliche Cyanobakterienblüten. Daher bietet Solinst Eureka zwei Sensoren für Blaualgen an, die für die Überwachung von Meeres- und Süßwasseranwendungen geeignet sind: Phycoerythrin, das vor allem in marinen Arten wie Synechococcus spp. vorkommt, und Phycocyanin, das in Süßwasser-Taxa wie Anabaena, Microcystis und Spirulina reichlich vorhanden ist.

CDOM/FDOM-Sensoren

Gelöstes organisches Material (DOM) umfasst verschiedene Formen, darunter Huminsäuren und organische Sekrete. Es ist ein bedeutendes Reservoir an reaktivem Kohlenstoff und dient als dynamisches Substrat für Bakterien, Pflanzen und Tiere. DOM kann sich durch Lichtabbau in flüchtige Verbindungen verwandeln, die die Umwelt schädigen, und enthält Chromophore, die Licht absorbieren, was zu dem Begriff Chromophores gelöstes organisches Material (CDOM).

CDOM fluoresziert auch (FDOM), so dass Forscher seine Menge in Wassersystemen durch Fluorometrie messen können. Die Überwachung des DOM-Gehalts ist entscheidend für das Verständnis von Veränderungen der Primärproduktivität, der Phytoplanktondynamik, der Algenblüte und der allgemeinen Umweltbedingungen. Da es verschiedene CDOM-Quellen gibt, die eine Reihe von Wellenlängen emittieren können, hat Solinst Eureka einen Breitband-Emissionsfilter gewählt, der verschiedene Arten von CDOM in der natürlichen Umgebung erkennt.

Tryptophan-Sensoren

Tryptophan ist eine in Wasser gelöste Aminosäure mit spezifischer Anregung und Emission. Sie wird als proteinähnliche organische Substanz eingestuft, und zu ihren Quellen können Wassersysteme mit hoher biologischer Aktivität sowie Abwässer oder industrielle Ableitungen gehören. Tryptophan ist ein weiterer Parameter, den Forscher messen können, um Abwasserabflüsse zu verfolgen, die sich erheblich auf Lebensräume und Wildtiere auswirken können. Das Tryptophan-Fluorometer gibt ein analoges 0-5-Volt-Signal aus, das proportional zur Fluoreszenzantwort des im Wasser gelösten Tryptophans ist. Solinst Eureka-Sonden wandeln das Signal in ein digitales Format um, um Tryptophan in Konzentrationen von 0 bis 5000 ppb zu messen. Um das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein von proteinähnlichen organischen Stoffen festzustellen, die auf Abwassereinleitungen hindeuten könnten, ermöglicht das Tryptophan-Fluorometer von Solinst Eureka den Nachweis von Tryptophan in einem niedrigen Bereich (Nachweisgrenze von 3 ppb), der für diese Umweltstudie benötigt wird.

Rhodamin-Sensoren

Fluoreszierende Farbstoffe wie Rhodamin werden häufig in Wassersystemen eingesetzt, um Daten über den Wasserabfluss und die Fließgeschwindigkeit zu erhalten. Rhodamin ist ein stark fluoreszierendes Material mit der einzigartigen Fähigkeit, grünes Licht zu absorbieren und rotes Licht zu emittieren. Nur sehr wenige Verbindungen haben diese Eigenschaft, so dass Störungen durch andere Substanzen sehr selten sind. Dies macht Rhodamin zu einem hochspezifischen Tracer. Das Fluorometer ist so konfiguriert, dass es die Probe mit grünem Licht bestrahlt und das emittierte rote Licht erkennt. Die Menge des ausgestrahlten roten Lichts ist direkt proportional zur Konzentration des Farbstoffs, bis zu 1000 Teilen pro Milliarde (1000 μg/L). Relative Fluoreszenzmesswerte, Farbstoffkonzentrationen, Verdünnungsfaktoren, Farbstofflaufzeiten und andere Parameter liefern wertvolle Daten, die Rückschlüsse auf das untersuchte Wassersystem zulassen.

Fluoreszein-Sensoren

Fluorescein war der erste Fluoreszenzfarbstoff, der für die Wasserverfolgung eingesetzt wurde, und wird immer noch für qualitative Studien über die unterirdische Verschmutzung von Brunnen verwendet. Fluorescein wird für Durchflussmessungen, Zirkulation, Ausbreitung, Fahnenstudien, hydraulische Modelle und Grundwasserstudien verwendet. Der Solinst Eureka Fluorescein-Sensor ist so konfiguriert, dass er direkt proportional zur Konzentration des in der Probe vorhandenen Farbstoffs bis zu 500 Teilen pro Milliarde (500 μg/L) meldet. Fluorescein emittiert eine brillante grüne Fluoreszenz, die einen ausgezeichneten visuellen oder fotografischen Kontrast zu den bei Wassertransportstudien häufig anzutreffenden Hintergründen bildet. Daher ist es einfach, den Fortschritt eines Experiments zu visualisieren. Fluorescein ist ästhetischer als roter Farbstoff, der in Meeresgebieten, in denen bestimmte Dinoflagellaten blühen, den so genannten „roten Gezeiten“, wichtig ist.

PTSA Fluoreszenz-Sensoren

Der Farbstoff PTSA (Pyrenetrasulfonsäure) ist ungiftig und chemisch stabil, was ihn zu einem idealen Spurenadditiv für Wasseraufbereitungssysteme und landwirtschaftliche Anwendungen macht. Bei der Zugabe von PTSA zu Behandlungsformulierungen ist die Fluoreszenzreaktion des PTSA-Tracer-Farbstoffs proportional und graphisch linear zwischen bestimmten Konzentrationsbereichen und der Konzentration der Chemikalie, mit der das System dosiert wird. Die Messungen des PTSA-Fluorometers können online, vor Ort und im Labor zur Verfügung gestellt werden, um schnell und routinemäßig eine Analyse der Produktdosis in Echtzeit zu ermöglichen. Dies ermöglicht eine genauere Überwachung der Zuführungsrate, eine kontinuierliche Systemüberwachung und eine Kontrolle der Systemeigenschaften, wodurch Unternehmen ihre Ergebnisse verbessern und anspruchsvolle Systemanforderungen erfüllen können. Dieser optische UV-Sensor erkennt die Fluoreszenz von PTSA in Wasser bis zu 650 ppb. Der PTSA-Farbstoff emittiert bei Bestrahlung mit UV-Licht Wellenlängen zwischen 400 und 500 nm.

Rohöl-Sensoren

„Rohöl“ bezieht sich auf unverarbeitetes natürliches Erdöl, wobei es verschiedene Klassen gibt, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden. Nicht alles Rohöl im Wasser stammt von Verschüttungen; es kommt auch zu natürlichem Versickern. Hohe Konzentrationen können das Leben im Wasser schädigen. Die Messung von Rohöl ist aufgrund der unterschiedlichen Fluoreszenzreaktionen verschiedener Quellen eine Herausforderung, was die Sensorkalibrierung erschwert. Die beste Methode ist die Herstellung eines Standards mit bekannter gravimetrischer Konzentration, die der vor Ort erwarteten Ölart entspricht. Rohöl „verwittert“ auch, da sich leichtere Fraktionen wie Benzol, Xylol und Toluol verflüchtigen. Die Analyse mehrerer Feldproben kann bei der Bestimmung des Ölgehalts helfen; wenn die Sensorreaktionen linear sind, ist eine einzige Kalibrierung ausreichend. Ist dies nicht der Fall, sollte eine Kalibrierungstabelle erstellt werden, um die Sensormesswerte mit den erwarteten Konzentrationen abzugleichen.

Fluorometer und Biofouling

Verschmutzungen können Fluoreszenzsensoren behindern, indem sie sich auf der aktiven Oberfläche ansammeln und das ausgesendete oder empfangene Licht verringern. Fremdmaterialien können auch falsche Signale erzeugen, indem sie bei ähnlichen Wellenlängen fluoreszieren. Während dies in erster Linie bei Langzeiteinsätzen ein Problem darstellt, kann Antifouling-Zubehör wie das Wischersystem von Solinst Eureka und der Sensorschutz aus Kupfergewebe bei Dauereinsatz helfen. Wischersysteme sind auch bei der Erkennung von rohen oder raffinierten Ölen hilfreich, um zu verhindern, dass der Sensor beschichtet wird.

Ebenfalls eine Option ist die Manta+ F35 Wasserqualitäts-Multisonde ist mit einer kupfergefüllten Silikonspitze“ ausgestattet, die alle freiliegenden Sensoren mit Ausnahme der kritischen Messflächen abdeckt. Ein zentraler Abstreifer hält diese Messflächen sauber.

Kalibrierung von Fluorometern

Es gibt drei Möglichkeiten, Fluorometersensoren zu kalibrieren, je nach Typ. Erstens können Sie mit einer bekannten Konzentration oder einer laborgeprüften Probe des Zielanalyten kalibrieren; die Probe kann gravimetrisch hergestellt oder gekauft werden. Zweitens können Sie mit einem „Kalibrierungswürfel“ oder einem festen Sekundärstandard kalibrieren, einem optischen Gerät, das von Solinst Eureka erhältlich ist, das für eine bestimmte Art von Fluoreszenz ein einheitliches Ergebnis liefert. Drittens können Sie mit einem Transferstandard wie Rhodamin kalibrieren; PTSA ist ebenfalls ein idealer Laborstandard, der zur Standardisierung aller Fluorometer von Solinst Eureka verwendet werden kann. Die beiden letztgenannten Methoden sind indirekt, aber schnell, kostengünstig und praktisch.

VORSICHT! Schauen Sie niemals direkt in einen Fluorometersensor.
Die vom Sensor ausgehende UV-Strahlung kann Augenschäden verursachen.

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