Fluorometri: Sensori di qualità dell'acqua

Principi di funzionamento del fluorimetro

Eccitazione: Il fluorimetro emette luce a una lunghezza d’onda specifica per eccitare le molecole fluorescenti nell’acqua.

Emissione: Queste molecole emettono luce a una diversa lunghezza d’onda.

Rilevamento: Il fluorimetro misura l’intensità della luce emessa (i filtri assicurano che venga rilevata solo la lunghezza d’onda desiderata), che indica la concentrazione della sostanza fluorescente.

Applicazioni del fluorimetro

• Qualità delle acque di superficie: Monitorare i laghi, i fiumi e i bacini idrici per verificare la presenza di inquinanti e di materia organica per mantenere gli ecosistemi in salute.
• Monitoraggio delle acque sotterranee: Rilevare e misurare i contaminanti nelle acque sotterranee, garantendo la sicurezza dell’acqua potabile e la protezione dell’ambiente.
• Monitoraggio degli effluenti: Misurare la qualità delle acque reflue scaricate da impianti e processi industriali per rispettare le normative ambientali.
• Ricerca ambientale: Sostenere gli studi scientifici sulla qualità dell’acqua e sull’inquinamento, contribuendo agli sforzi di conservazione dell’ambiente.
• Test sui traccianti: Rilevano e tracciano i traccianti fluorescenti nei sistemi idrici, aiutando a comprendere i modelli di flusso, a identificare le perdite e a valutare gli impatti ambientali.

Solinst Eureka offre un’ampia gamma di fluorometri:

Sensori di clorofilla

La clorofilla, il pigmento verde del fitoplancton e delle alghe, indica il livello di fotosintesi in corso. Questa produzione primaria costituisce la base della rete alimentare acquatica, sostenendo tutto, dallo zooplancton ai pesci. Mentre livelli moderati di clorofilla indicano un ecosistema sano, livelli eccessivi possono segnalare un’eutrofizzazione, con conseguenti problemi estetici, di sapore e odore dell’acqua potabile e potenziali morie di pesci.

Solinst Eureka offre due sensori di clorofilla: ad eccitazione blu e rossa. La versione blu è comunemente scelta perché le alghe assorbono bene la luce blu, fornendo un’elevata sensibilità per il rilevamento della fluorescenza. Tuttavia, la materia organica disciolta e particolata (DOM/POM) può ridurre la sensibilità del sensore blu. Il sensore di clorofilla rosso, progettato per ridurre al minimo l’interferenza di DOM/POM, consente di rilevare con precisione l’abbondanza algale poiché la luce rossa non eccita questi materiali. Sebbene sia meno sensibile per rilevare le alghe eucariotiche, la sua efficacia contro le interferenze può superare questo inconveniente. Inoltre, la fluorimetria a eccitazione rossa è più sensibile alle alghe procariotiche (cianobatteri), il che la rende ideale per i sistemi di acqua dolce ricchi di DOM e di alghe blu-verdi.

Sensori di alghe blu-verdi

Le alghe blu-verdi, in realtà batteri noti come cianobatteri, sono fotosintetici e responsabili di oltre il 20% della fotosintesi terrestre. Sebbene i cianobatteri contribuiscano al ciclo dell’ossigeno, possono proliferare ed esaurire le loro sostanze nutritive, causando un decadimento che abbassa i livelli di ossigeno e provoca la morte dei pesci. Inoltre, i cianobatteri morenti possono rilasciare tossine dannose per l’uomo e gli animali.

La ficocianina e la ficoeritrina sono indicatori chiave delle fioriture di cianobatteri dannosi; per questo motivo, Solinst Eureka offre due sensori di alghe blu-verdi disponibili per il monitoraggio in applicazioni marine e d’acqua dolce: La ficoeritrina, dominante in specie marine come Synechococcus spp. e la ficocianina, abbondante in specie d’acqua dolce come Anabaena, Microcystis e Spirulina.

Sensori CDOM/FDOM

Il materiale organico disciolto (DOM) comprende varie forme, tra cui gli acidi umici e le secrezioni organiche. È una riserva significativa di carbonio reattivo e funge da substrato dinamico per batteri, piante e animali. I DOM possono fotodegradarsi in composti volatili che danneggiano l’ambiente e contengono cromofori che assorbono la luce, dando origine al termine Materiali organici disciolti cromofori (CDOM).

Il CDOM è anche fluorescente (FDOM), consentendo ai ricercatori di misurarne l’abbondanza nei sistemi idrici attraverso la fluorimetria. Il monitoraggio dei livelli di DOM è fondamentale per comprendere i cambiamenti nella produttività primaria, le dinamiche del fitoplancton, le fioriture algali e le condizioni ambientali generali. Poiché esistono diverse fonti di CDOM che possono emettere una gamma di lunghezze d’onda, Solinst Eureka ha scelto un filtro di emissione a banda larga in grado di rilevare vari tipi di CDOM presenti nell’ambiente naturale.

Sensori di triptofano

Il triptofano è un amminoacido disciolto in acqua con eccitazione ed emissione specifiche. È classificato come materia organica di tipo proteico e le fonti possono includere sistemi idrici ad alta attività biologica e acque reflue o scarichi industriali. Il triptofano è un altro parametro che i ricercatori possono misurare per tracciare gli effluenti delle acque reflue, che possono avere un impatto significativo sugli habitat e sulla fauna selvatica. Il fluorimetro per triptofano emette un segnale analogico da 0 a 5 volt proporzionale alla risposta di fluorescenza del triptofano disciolto nell’acqua. Le sonde Solinst Eureka convertono il segnale in formato digitale per misurare il triptofano in concentrazioni comprese tra 0 e 5000 ppb. Per identificare la presenza/assenza di materia organica di tipo proteico che potrebbe indicare lo scarico di acque reflue, il fluorimetro per triptofano di Solinst Eureka consente agli utenti di rilevare il triptofano in un intervallo di basso livello (limite di rilevamento di 3 ppb) necessario per questo studio ambientale.

Sensori di rodamina

Coloranti fluorescenti come Rodamina vengono spesso aggiunti ai sistemi idrici per fornire dati sul deflusso e sulla velocità dell’acqua. La rodamina è un materiale altamente fluorescente con la capacità unica di assorbire luce verde ed emettere luce rossa. Pochissimi composti hanno questa proprietà, quindi le interferenze da parte di altre sostanze sono molto rare. Ciò rende la rodamina un tracciante altamente specifico. Il fluorimetro è configurato per irradiare il campione con luce verde e rilevare la luce rossa emessa. La quantità di luce rossa emessa è direttamente proporzionale alla concentrazione del colorante, fino a 1000 parti per miliardo (1000 μg/L). Le letture di fluorescenza relativa, le concentrazioni di colorante, i fattori di diluizione, il tempo di viaggio del colorante e altri parametri forniscono dati preziosi per trarre conclusioni sul sistema idrico in esame.

Sensori di fluoresceina

La fluoresceina è stato il primo colorante fluorescente utilizzato per il lavoro di tracciamento dell’acqua ed è tuttora utilizzato per studi qualitativi sulla contaminazione sotterranea dei pozzi. La fluoresceina viene utilizzata per misurare il flusso, la circolazione, la dispersione, gli studi sui pennacchi, i modelli idraulici e gli studi sulle acque sotterranee. Il sensore di fluoresceina Solinst Eureka è configurato per fornire un segnale direttamente proporzionale alla concentrazione del colorante presente nel campione, fino a 500 parti per miliardo (500 μg/L). La fluoresceina emette una fluorescenza verde brillante, che offre un eccellente contrasto visivo o fotografico contro gli sfondi che si incontrano comunemente negli studi sul trasporto dell’acqua. Pertanto, è facile visualizzare il progresso di un esperimento. È più estetico del colorante rosso, che è importante nelle aree oceaniche soggette alle fioriture di alcuni dinoflagellati, chiamate “maree rosse”.

Sensori di fluorescenza PTSA

Il colorante PTSA (acido pirenetrasolfonico) è atossico e chimicamente stabile, il che lo rende un additivo tracciante ideale per i sistemi di trattamento delle acque e per le applicazioni agricole. Quando si aggiunge il PTSA alle formulazioni di trattamento, la risposta fluorescente del colorante tracciante PTSA è proporzionale e graficamente lineare tra intervalli di concentrazione specifici e la concentrazione della sostanza chimica con cui viene dosato il sistema. Le misure del fluorimetro PTSA possono essere rese disponibili online, sul campo e in laboratorio per essere accelerate rapidamente e di routine, consentendo l’analisi della dose di prodotto in tempo reale. Ciò consente di migliorare l’accuratezza del monitoraggio della velocità di alimentazione, il monitoraggio continuo del sistema e il controllo delle caratteristiche del sistema, garantendo alle aziende di migliorare i propri risultati e di soddisfare i requisiti di sistema più impegnativi. Questo sensore ottico UV rileva la fluorescenza del PTSA in acqua fino a 650 ppb. Il colorante PTSA emette lunghezze d’onda comprese tra 400 e 500 nm quando viene irradiato con luce UV.

Sensori per il petrolio greggio

Il termine “petrolio grezzo” si riferisce al petrolio naturale non lavorato, con varie classi che differiscono per composizione chimica. Non tutto il petrolio greggio presente nell’acqua proviene da fuoriuscite; si verificano anche infiltrazioni naturali. Concentrazioni elevate possono danneggiare la vita acquatica. La misurazione del petrolio greggio è difficile a causa delle diverse risposte di fluorescenza delle varie fonti, che rendono difficile la calibrazione del sensore. Il metodo migliore consiste nel preparare uno standard con una concentrazione gravimetrica nota simile al tipo di petrolio previsto sul campo. Inoltre, il petrolio greggio si “logora”, poiché le frazioni più leggere come il benzene, lo xilene e il toluene si volatilizzano. L’analisi di più campioni sul campo può aiutare a determinare il contenuto di petrolio; se le risposte del sensore sono lineari, è sufficiente una singola calibrazione. In caso contrario, è necessario creare una tabella di calibrazione per allineare le letture del sensore alle concentrazioni previste.

Fluorimetri e biofouling

Le incrostazioni possono ostacolare i sensori a fluorescenza accumulandosi sulla superficie attiva e riducendo la luce emessa o ricevuta. I materiali estranei possono anche produrre falsi segnali fluorescendo a lunghezze d’onda simili. Sebbene sia un problema soprattutto per le installazioni a lungo termine, gli accessori anti-incrostazione come il sistema di tergicristalli di Solinst Eureka e le protezioni per sensori in rete di rame possono essere utili durante l’uso continuo. I sistemi tergicristallo sono utili anche quando si rilevano oli grezzi o raffinati per evitare che il sensore si ricopra.

In opzione, la sonda Manta+ F35 Sonda multipla per la qualità dell’acqua è dotata di un “ogiva” in silicone riempito di rame che copre tutti i sensori esposti, tranne le superfici di misurazione critiche. Un tergicristallo centrale mantiene pulite le superfici di misura.

Calibrazione dei fluorometri

Esistono tre modi per calibrare i sensori fluorimetrici, a seconda del tipo. In primo luogo, si può calibrare con una concentrazione nota o con un campione qualificato di laboratorio dell’analita target; il campione può essere preparato gravimetricamente o acquistato. In secondo luogo, è possibile effettuare la calibrazione con un “cubo cal” o standard secondario solido, un dispositivo ottico disponibile presso Solinst Eureka che fornisce un output coerente per un determinato tipo di fluorescenza. In terzo luogo, si può calibrare con uno standard di trasferimento, come la rodamina; anche il PTSA è uno standard di laboratorio ideale che può essere utilizzato per standardizzare tutti i fluorometri di Solinst Eureka. Questi ultimi due metodi sono indiretti ma veloci, economici e pratici.

ATTENZIONE: Non guardare mai direttamente il sensore del fluorimetro.
I raggi UV emessi dal sensore possono causare danni agli occhi.

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