Farbig gelöste organische Substanz (CDOM) einfach messen

Messung von CDOM mit einer Glasfaser-Flüssigkeitswellenleiter-Kapillarzelle

Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt bei den praktischen Anwendungen von WPI's Liquid Wavelength Capillary Cells (LWCC), die in der Glasfaser-Spektroskopie-Gemeinschaft auch als Long Pathlength Flow Cell bezeichnet werden. Dieses Glasfaser-Probenzubehör für Absorptionsmessungen kombiniert verlängerte optische Weglängen mit kleinen Probenvolumina und ist ideal für die Wasseranalyse wie CDOM.

Zwei optische Fasern werden an dieses Probenzubehör angeschlossen: eine sendet Licht zur Probenzelle, die andere zum Spektrometer. Die Länge des Glasfaserkabels kann variieren, sodass Forscher entweder CDOM im Labor an gesammelten Wasserproben punktuell testen oder CDOM eines Gewässers kontinuierlich überwachen können, wenn dieses Probenzubehör mit einem Glasfaser-Spektrometer und einer Lichtquelle gekoppelt ist.   

Was ist CDOM?

Der optisch messbare Bestandteil von Gefärbtem Gelöstem Organischem Material (CDOM). Es kommt natürlich in Wassersystemen vor und stammt von organischen Tanninen. 

Warum ist die Untersuchung von CDOM-Werten wichtig?

Um unsere Wassersysteme, eine begrenzte natürliche Ressource, vor schädlichen Einflüssen wie menschlichen und geografischen Faktoren zu schützen, zu bewahren und zu sichern. Studien helfen Forschern, bewährte Verfahren abzuleiten, um abnormale CDOM-Werte zu beheben, die durch zahlreiche Aktivitäten verursacht werden, darunter Holzeinschlag, Abwassereinleitungen, ungewöhnliche Wetterereignisse und Entwässerung von Feuchtgebieten – all dies beeinflusst die Qualität und biologische Aktivität in aquatischen Systemen erheblich.

Warum WPI's LWCC verwenden?

LWCCs sind Glasfaser-Durchflusszellen, die eine verlängerte optische Weglänge mit kleinen Probenvolumina kombinieren.

• Verbesserter Dynamikbereich für ein breiteres Spektrum an Absorptionsmessungen
• Verbesserte Empfindlichkeit der Messungen 
• Messungen können mit kleinen Probenvolumina durchgeführt werden
• Kompaktes, tragbares System für Echtzeitmessungen an Bord von Schiffen
• Bewährte Technologie für Wasseranalyseprojekte mit über 100 Veröffentlichungen

HAUPTMERKMALE

• 10–250 cm Messlänge (je nach LWCC-Modell)
• 0,125–3,1 mL Innenvolumen (je nach LWCC-Modell)
• 230–730 nm Wellenlängenbereich 
• Bewährte Technologie mit Hunderten relevanter Veröffentlichungen 

• 5–500-fache Empfindlichkeitssteigerung im Vergleich zu 1 cm Küvetten
• 0,55 mm Innendurchmesser für Probenahme mit geringem Probenvolumen (3000er Serie LWCC)
• 2 mm Innendurchmesser für ungefilterte Flüssigkeitsproben (4000er Serie LWCC)
• SMA 905 Glasfaseranschlüsse

Vorteile

Bestimmung der LWCC-Messlänge

Die Auswahl der richtigen Ausrüstung ist entscheidend beim Aufbau Ihres Systems. Wir haben ein Team mit lokalen Anwendungstechnikerinnen und -technikern, die Sie vor Ort besuchen können, um Herausforderungen zu bewerten und dann ein LWCC-Zubehör oder eine Lösung basierend auf den Details Ihres Projekts zu empfehlen. Die folgende Anleitung hilft dabei: 

• Wählen Sie die LWCC-Messlänge basierend auf dem gewünschten Absorptionsbereich. 
• • Süßwasser mit Absorptionsbereich > 4,0 m^-1
  • Küstenmeerwasser mit Absorptionsbereich 1,0–4,0 ^-1
  • Offenes Ozeanwasser mit Absorptionsbereich < 1,0 m^-1
• Wählen Sie das nutzbare Innenvolumen.

Jetzt können Sie Komponenten auswählen, um Ihr CDOM-Analysesystem je nach ausgewähltem LWCC zu vervollständigen.

Die effektive Messlänge des WPI LWCC wird definiert als die äquivalente Messlänge der Zelle, wenn angenommen wird, dass das LWCC strikt dem Beer-Lambert-Gesetz folgt: A = ε x c x L, wobei A die gemessene Absorption, ε der molare Extinktionskoeffizient, c die Konzentration und L die effektive Messlänge ist.

Typischerweise wird die längere LWCC-Messlänge verwendet, um die Empfindlichkeit zu erhöhen, wenn die maximalen Absorptionswerte <0,1 AU (Absorptionseinheit) sein sollen. Umgekehrt sollte bei Absorptionswerten über 1,4 AU die LWCC-Messlänge verkürzt werden, um sicherzustellen, dass die Messungen weiterhin im linearen Bereich des LWCC-Detektionssystems liegen.

Absorptionsmessungen, die mit WPI’s LWCC und dem Tidas S300 UV/VIS-Spektrophotometer durchgeführt werden, sind bis zu 1,4 AU linear. Die gemessene Absorption kann in den spektralen Absorptionskoeffizienten α(λ) umgerechnet werden, der in der Ozeanographie für CDOM-Messungen üblich ist. Absorption und spektrale Absorption stehen in folgender Beziehung: α(λ) = 2,303 A (λ) / L, wobei 2,303 der Umrechnungsfaktor von Dezimal- zu natürlichem Logarithmus ist, A (λ) die Absorption bei Wellenlänge λ und L die LWCC-Messlänge.

Häufige Anwendungen der CDOM-Erkennung

• Bestimmen Sie die biogeochemischen Kreisläufe, z. B. den organisch-kohlenstoffbasierten Kreislauf im Ozean.
• Überwachen und kartieren Sie Oberflächenwassermassen.
• Messen Sie das Eindringen von UV-Licht in den Ozean, um zu bestimmen:
  • Photosynthesereaktion mit Auswirkungen auf die Phytoplanktonpopulation
  • Auswirkung auf ozeanische Nahrungsketten
  • Atmosphärische Sauerstoffkonzentration
• Überwachen Sie die Lichtabsorption von CDOM in Bezug auf Wärmespeicherung und den Rückgang des Meereises.

Zwei typische Absorptionsspektren, aufgenommen mit einem UltraPath (UPUV) von einer Meerwasser- und einer Süßwasserprobe, die im November 2007 entnommen wurden, sind in den Abbildungen dargestellt. Aufgrund ihrer hohen Absorption wurden beide Proben mit der 10 cm Messlänge analysiert. Die CDOM-Probe mit der Bezeichnung Mayagüez Bay stammt aus oligotrophen, wenig produktiven Gewässern mit hohem Salzgehalt, die vor der Westküste von Puerto Rico in der Mayagüez Bay entnommen wurden. Besondere Aufmerksamkeit verdient die außergewöhnliche Empfindlichkeit des UltraPath, die die Detektion von CDOM-Absorption unter 0,03 m^-1 ermöglicht. Um die Leistung des UltraPath in der Laborkommunikation und Prozesskontrolle zu veranschaulichen, wurde die Absorption von Ponceau S mit der 200 cm Messlänge eines UltraPath gemessen. Die Normalisierung des Ponceau-Absorptionsgraphen auf AU/cm zeigt einen Messbereich von 150 μAU mit einem Rauschpegel unter 2 μAU Spitze zu Spitze. Sub-nanomolare Konzentrationen dieses Farbstoffs können klar und zuverlässig nachgewiesen werden, was eine Neuheit in der absorbanzbasierten Spektroskopie darstellt.

(Links) Zwei typische Absorptionsspektren, gemessen mit UltraPath. Die Probe mit der Bezeichnung „Sarasota Bay“ ist eine CDOM-Probe mit 34 PSU Salzgehalt, entnommen aus der Sarasota Bay (Nov. 2007), und die Probe mit der Bezeichnung „Pond“ ist eine hochkonzentrierte CDOM-Probe, entnommen aus einem lokalen Teich in Sarasota, Florida (Nov. 2007).

(Rechts) CDOM-Probe „Mayagüez Bay“ wurde aus den salzreichen oligotrophen Gewässern der Mayagüez Bay an der Westküste von Puerto Rico (2001) entnommen. Daten mit freundlicher Genehmigung des NASA Stennis Space Center.