Fluoromètres : Capteurs de qualité de l’eau

Principes de fonctionnement du fluorimètre

Excitation : Le fluorimètre émet de la lumière à une longueur d’onde spécifique pour exciter les molécules fluorescentes présentes dans l’eau.

Émission : Ces molécules émettent alors de la lumière à une longueur d’onde différente.

Détection : Le fluorimètre mesure l’intensité de la lumière émise (des filtres garantissent que seule la longueur d’onde souhaitée est détectée), ce qui indique la concentration de la substance fluorescente.

Applications du fluorimètre

• Qualité des eaux de surface : Surveiller les lacs, les rivières et les réservoirs pour détecter les polluants et les matières organiques afin de maintenir des écosystèmes sains.
• Surveillance des eaux souterraines : Détecter et mesurer les contaminants dans les eaux souterraines, afin de garantir la salubrité de l’eau potable et la protection de l’environnement.
• Contrôle des effluents : Mesurer la qualité des eaux usées rejetées par les installations et les processus industriels afin de se conformer aux réglementations environnementales.
• Recherche environnementale : Soutenir les études scientifiques sur la qualité de l’eau et la pollution, en contribuant aux efforts de conservation de l’environnement.
• Tests de traceurs : Détecter et suivre des traceurs fluorescents dans les réseaux d’eau, ce qui permet de comprendre les schémas d’écoulement, d’identifier les fuites et d’évaluer les incidences sur l’environnement.

Solinst Eureka propose une large gamme de fluoromètres :

Capteurs de chlorophylle

La chlorophyllele pigment vert du phytoplancton et des algues, indique le niveau de photosynthèse. Cette production primaire constitue la base de la chaîne alimentaire aquatique, du zooplancton aux poissons. Alors que des niveaux modérés de chlorophylle indiquent un écosystème sain, des niveaux excessifs peuvent signaler une eutrophisation, entraînant une esthétique désagréable, des problèmes de goût et d’odeur de l’eau potable et une mortalité potentielle des poissons.

Solinst Eureka propose deux capteurs de chlorophylle : à excitation bleue et à excitation rouge. La version bleue est généralement choisie parce que les algues absorbent bien la lumière bleue, ce qui offre une sensibilité élevée pour la détection de la fluorescence. Cependant, la matière organique dissoute et particulaire (DOM/POM) peut réduire la sensibilité du capteur bleu. Le capteur de chlorophylle rouge, conçu pour minimiser l’interférence des DOM/POM, permet une détection précise de l’abondance des algues puisque la lumière rouge n’excite pas ces matières. Bien qu’il soit moins sensible pour la détection des algues eucaryotes, son efficacité contre les interférences peut compenser cet inconvénient. En outre, la fluorométrie à excitation rouge est plus sensible aux algues procaryotes (cyanobactéries), ce qui la rend idéale pour les systèmes d’eau douce riches en DOM et en algues bleues.

Capteurs d’algues bleues

Les algues bleuesLes algues bleues, en fait des bactéries connues sous le nom de cyanobactéries, sont photosynthétiques et responsables de plus de 20 % de la photosynthèse sur terre. Bien que les cyanobactéries contribuent au cycle de l’oxygène, elles peuvent proliférer et épuiser leurs nutriments, ce qui entraîne une décomposition qui réduit les niveaux d’oxygène et provoque la mort des poissons. En outre, les cyanobactéries mourantes peuvent libérer des toxines nocives pour l’homme et les animaux.

La phycocyanine et la phycoérythrine sont des indicateurs clés de la prolifération de cyanobactéries nocives. Solinst Eureka propose donc deux capteurs d’algues bleues pour la surveillance des applications marines et d’eau douce : La phycoérythrine, qui est dominante dans les espèces marines telles que Synechococcus spp. et la phycocyanine, qui est abondante dans les taxons d’eau douce tels que Anabaena, Microcystis et Spirulina.

Capteurs CDOM/FDOM

La matière organique dissoute (MOD) se présente sous diverses formes, notamment les acides humiques et les sécrétions organiques. Elle constitue un réservoir important de carbone réactif et sert de substrat dynamique aux bactéries, aux plantes et aux animaux. La MOD peut se photodégrader en composés volatils nuisibles à l’environnement et contient des chromophores qui absorbent la lumière, d’où le terme de « chromophores ». Matières organiques dissoutes chromophores (MODC).

Le CDOM est également fluorescent (FDOM), ce qui permet aux chercheurs de mesurer son abondance dans les systèmes aquatiques par fluorométrie. Le suivi des niveaux de DOM est essentiel pour comprendre les changements dans la productivité primaire, la dynamique du phytoplancton, la prolifération des algues et les conditions environnementales générales. Comme il existe différentes sources de CDOM qui peuvent émettre une gamme de longueurs d’onde, Solinst Eureka a choisi un filtre d’émission à large bande qui détectera les différents types de CDOM que l’on trouve dans l’environnement naturel.

Capteurs de tryptophane

Le tryptophane est un acide aminé dissous dans l’eau avec une excitation et une émission spécifiques. Il est classé dans la catégorie des matières organiques de type protéique, et les sources peuvent être des systèmes d’eau à forte activité biologique, des eaux usées ou des rejets industriels. Le tryptophane est un autre paramètre que les chercheurs peuvent mesurer pour suivre les effluents d’eaux usées, qui peuvent avoir un impact significatif sur les habitats et la faune. Le fluorimètre à tryptophane émet un signal analogique de 0 à 5 volts proportionnel à la réponse de fluorescence du tryptophane dissous dans l’eau. Les sondes Eureka de Solinst convertissent le signal en format numérique pour mesurer le tryptophane à des concentrations comprises entre 0 et 5000 ppb. Afin d’identifier la présence ou l’absence de matière organique de type protéine pouvant indiquer un rejet d’eaux usées, le fluorimètre Tryptophane de Solinst Eureka permet aux utilisateurs de détecter le Tryptophane dans une gamme de faible niveau (limite de détection de 3 ppb) nécessaire pour cette étude environnementale.

Capteurs à rhodamine

Des colorants fluorescents comme la rhodamine sont souvent ajoutés aux systèmes d’eau pour fournir des données sur le débit et la vitesse de l’eau. La rhodamine est un matériau très fluorescent qui a la capacité unique d’absorber la lumière verte et d’émettre de la lumière rouge. Très peu de composés possèdent cette propriété, de sorte que les interférences d’autres substances sont très rares. La rhodamine est donc un traceur très spécifique. Le fluorimètre est configuré pour éclairer l’échantillon avec de la lumière verte et détecter la lumière rouge émise. La quantité de lumière rouge émise est directement proportionnelle à la concentration du colorant, jusqu’à 1000 parties par milliard (1000 μg/L). Les lectures de fluorescence relative, les concentrations de colorant, les facteurs de dilution, le temps de parcours du colorant et d’autres paramètres fournissent des données précieuses utilisées pour tirer des conclusions concernant le système d’eau étudié.

Capteurs à fluorescéine

La fluorescéine a été le premier colorant fluorescent utilisé pour les travaux de traçage de l’eau et est toujours utilisé pour les études qualitatives de la contamination souterraine des puits. La fluorescéine est utilisée pour les mesures de débit, la circulation, la dispersion, les études de panache, les modèles hydrauliques et les études sur les eaux souterraines. Le capteur de fluorescéine Solinst Eureka est configuré pour émettre un rapport directement proportionnel à la concentration du colorant présent dans l’échantillon, jusqu’à 500 parties par milliard (500 μg/L). La fluorescéine émet une fluorescence verte brillante, qui donne un excellent contraste visuel ou photographique par rapport aux arrière-plans couramment rencontrés dans les études sur le transport de l’eau. Il est donc facile de visualiser la progression d’une expérience. Elle est plus esthétique que le colorant rouge, qui est important dans les zones océaniques sujettes à la prolifération de certains dinoflagellés, appelés « marées rouges ».

Capteurs de fluorescence PTSA

Le colorant PTSA (acide pyrénétrasulfonique) est non toxique et chimiquement stable, ce qui en fait un additif de traçage idéal pour les systèmes de traitement de l’eau et les applications agricoles. Lors de l’ajout de PTSA aux formulations de traitement, la réponse fluorescente du colorant traceur PTSA est proportionnelle et graphiquement linéaire entre des plages de concentration spécifiques et la concentration du produit chimique avec lequel le système est dosé. Les mesures du fluorimètre PTSA peuvent être disponibles en ligne, sur le terrain et en laboratoire pour être accélérées rapidement et régulièrement, ce qui permet d’analyser la dose de produit en temps réel. Cela permet d’améliorer la précision de la surveillance du débit d’alimentation, la surveillance continue du système et le contrôle des caractéristiques du système, ce qui permet aux entreprises d’améliorer leurs résultats et de répondre aux exigences des systèmes les plus complexes. Ce capteur optique UV détecte la fluorescence du PTSA dans l’eau jusqu’à 650 ppb. Le colorant PTSA émet des longueurs d’onde comprises entre 400 et 500 nm lorsqu’il est irradié par la lumière UV.

Capteurs de pétrole brut

Le « pétrole brut » désigne le pétrole naturel non traité, dont les différentes classes se distinguent par leur composition chimique. La présence de pétrole brut dans l’eau n’est pas toujours due à des déversements ; des infiltrations naturelles se produisent également. Des concentrations élevées peuvent nuire à la vie aquatique. Mesurer le pétrole brut est difficile à réaliser en raison de la variation des réponses de fluorescence des différentes sources, ce qui complique l’étalonnage des capteurs. La meilleure méthode consiste à préparer un étalon de concentration gravimétrique connue, similaire au type de pétrole attendu sur le terrain. Le pétrole brut « vieillit » également, car les fractions plus légères comme le benzène, le xylène et le toluène se volatilisent. L’analyse de plusieurs échantillons de terrain peut aider à déterminer la teneur en pétrole ; si les réponses du capteur sont linéaires, un seul étalonnage suffit. Dans le cas contraire, il convient de créer une table d’étalonnage afin d’aligner les lectures des capteurs sur les concentrations attendues.

Fluoromètres et bio-salissures

L’encrassement peut gêner les capteurs de fluorescence en s’accumulant sur la surface active, diminuant ainsi la lumière émise ou reçue. Les matériaux étrangers peuvent également produire des signaux erronés en produisant de la fluorescence à des longueurs d’onde similaires. Bien qu’il s’agisse principalement d’un problème pour les déploiements à long terme, les accessoires anti-encrassement tels que le système d’essuie-glace de Solinst Eureka et les protections de capteurs en maille de cuivre peuvent être utiles lors d’une utilisation continue. Les systèmes d’essuyage sont également utiles pour la détection des huiles brutes ou raffinées afin d’éviter que le capteur ne soit recouvert.

En option, la sonde multifonctionnelle de qualité de l’eau Manta+ F35 Water Quality Multiprobe est équipée d’un « nez » en silicone rempli de cuivre qui recouvre tous les capteurs exposés, à l’exception des surfaces de mesure critiques. Un essuie-glace central permet de maintenir ces surfaces de mesure propres.

Étalonnage des fluoromètres

Il existe trois façons d’étalonner les capteurs de fluorimètre, selon le type. Premièrement, il est possible d’effectuer l’étalonnage sur une concentration connue ou un échantillon de l’analyte cible qualifié par le laboratoire ; l’échantillon peut être préparé par gravimétrie ou acheté. Deuxièmement, vous pouvez calibrer avec un « cal cube » ou un étalon secondaire solide, un dispositif optique disponible auprès de Solinst Eureka qui fournit une sortie cohérente pour un type de fluorescence donné. Troisièmement, vous pouvez calibrer avec un étalon de transfert, tel que la rhodamine ; le PTSA est également un étalon de laboratoire idéal qui peut être utilisé pour normaliser tous les fluoromètres de Solinst Eureka. Ces deux dernières méthodes sont indirectes, mais rapides, peu coûteuses et pratiques.

ATTENTION : Ne regardez jamais directement le capteur d’un fluorimètre.
Les rayons UV émis par le capteur peuvent provoquer des lésions oculaires.

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