Mida fácilmente la materia orgánica disuelta coloreada (CDOM)

Medición de CDOM con una Celda Capilar de Guía de Onda Líquida de Fibra Óptica

La imaginación es el límite con los usos prácticos de las Celdas Capilares de Longitud de Onda Líquida (LWCC) de WPI, también conocidas en la comunidad de espectroscopía de fibra óptica como Celdas de Flujo de Longitud de Trayectoria Larga. Este accesorio de muestreo de fibra óptica para mediciones de absorbancia combina longitudes ópticas de trayectoria aumentadas con pequeños volúmenes de muestra, haciéndolos ideales para análisis de agua como el CDOM.

Dos fibras ópticas se conectan a este accesorio de muestreo: una para enviar luz a la celda de muestra y la segunda para enviar luz a un espectrómetro. La longitud del cable de fibra óptica puede variar, permitiendo a los investigadores realizar pruebas puntuales de CDOM en el laboratorio con muestras de agua recolectadas o monitorear continuamente el CDOM de un cuerpo de agua bajo investigación con este accesorio de muestreo acoplado a un espectrómetro y fuente de fibra óptica.   

¿Qué es el CDOM?

El componente ópticamente medible de la Materia Orgánica Disuelta Coloreada. Ocurre naturalmente en sistemas de agua y se deriva de taninos orgánicos. 

¿Por qué es importante el estudio de los niveles de CDOM?

Para proteger, preservar y asegurar nuestros sistemas de agua, un recurso natural limitado, contra efectos dañinos como influencias humanas y geográficas. Los estudios ayudan a los investigadores a derivar mejores prácticas para remediar niveles anormales de CDOM provenientes de numerosas actividades; ejemplos incluyen la tala, descarga de efluentes, eventos climáticos anormales y drenaje de humedales, todos los cuales impactan significativamente la calidad y la actividad biológica en sistemas acuáticos.

¿Por qué usar los LWCC de WPI?

Los LWCC son celdas de flujo de fibra óptica que combinan una mayor longitud óptica de trayectoria con pequeños volúmenes de muestra.

• Rango dinámico mejorado para una gama más amplia de mediciones de absorbancia
• Sensibilidad mejorada de las mediciones 
• Las mediciones pueden realizarse usando pequeños volúmenes de muestra
• Sistema compacto y portátil para medición en tiempo real a bordo de barcos
• Tecnología comprobada para proyectos de análisis de agua con más de 100 publicaciones

CARACTERÍSTICAS CLAVE

• Longitud de trayectoria de 10 a 250 cm (dependiendo del modelo LWCC)
• Volumen interno de 0.125 a 3.1 mL (dependiendo del modelo LWCC)
• Rango de longitud de onda de 230 a 730 nm 
• Tecnología comprobada con cientos de publicaciones relevantes 

• Mejora de sensibilidad de 5 a 500 veces en comparación con cubetas de 1 cm
• 0.55 mm de diámetro interno para muestreo de bajo volumen de muestra (serie 3000 LWCC)
• 2 mm de diámetro interno para muestras líquidas sin filtrar (serie 4000 LWCC)
• Conexiones de fibra óptica SMA 905

Beneficios

Determinación de la longitud del camino del LWCC

Seleccionar el equipo adecuado es imprescindible al configurar su sistema. Contamos con un equipo disponible con ingenieros de ventas locales que pueden visitar para evaluar los desafíos y luego recomendar un accesorio o solución LWCC basada en los detalles de su proyecto. La siguiente es una guía: 

• Seleccione la longitud del camino del LWCC según el rango de absorción deseado. 
• • Agua dulce con rango de absorción > 4.0 m^-1
  • Aguas costeras oceánicas con rango de absorción 1.0–4.0 ^-1
  • Agua de océano abierto con rango de absorción < 1.0 m^-1
• Seleccione el volumen interno utilizable.

Ahora, puede seleccionar componentes para completar su sistema de análisis de CDOM, dependiendo del LWCC seleccionado.

La longitud efectiva del camino del LWCC de WPI se define como la longitud equivalente de la celda, si se asume que el LWCC sigue estrictamente la ley de Beer-Lambert: A = ε x c x L, donde A es la absorbancia medida, ε el coeficiente de extinción molar, c la concentración y L la longitud efectiva del camino.

Normalmente, se usa la longitud del camino del LWCC más larga para aumentar la sensibilidad cuando se espera que los valores máximos de absorbancia sean <0.1 AU (Unidad de Absorbancia). Inversamente, cuando las mediciones de absorbancia superan 1.4 AU, la longitud del camino del LWCC debe reducirse para asegurar que las mediciones permanezcan dentro del rango lineal del sistema de detección LWCC.

Las mediciones de absorbancia obtenidas con el LWCC de WPI y el espectrofotómetro UV/VIS Tidas S300 son lineales hasta 1.4 AU. La absorbancia medida puede convertirse en el coeficiente de absorción espectral α(λ), comúnmente usado en oceanografía para mediciones de CDOM. La absorbancia y la absorción espectral están relacionadas por la fórmula: α(λ) = 2.303 A (λ) / L, donde 2.303 es el factor de conversión de logaritmo decimal a natural, A (λ) es la absorbancia a la longitud de onda λ y L la longitud del camino del LWCC.

Aplicaciones comunes de la detección de CDOM

• Determinar los ciclos biogeoquímicos, por ejemplo, el ciclo basado en carbono orgánico en el océano.
• Monitorear y mapear las masas de agua superficial.
• Medir la penetración de luz UV en el océano para determinar:
  • Reacción de fotosíntesis con efectos en la población de fitoplancton
  • Efecto en las cadenas alimentarias oceánicas
  • Concentración de oxígeno atmosférico
• Monitorear la absorción de luz de CDOM en relación con el almacenamiento de calor y el declive del hielo marino.

Se muestran en las figuras dos espectros de absorción típicos registrados con un UltraPath (UPUV) de una muestra de agua de mar y una de agua dulce recolectadas en noviembre de 2007. Debido a su alta absorbancia, ambas muestras fueron analizadas con la longitud de trayectoria de 10 cm. La muestra de CDOM etiquetada Bahía de Mayagüez proviene de aguas oligotróficas, poco productivas y de alta salinidad recolectadas frente a la costa oeste de Puerto Rico en la Bahía de Mayagüez. Se debe prestar especial atención a la sensibilidad excepcional de UltraPath que permite la detección de absorción de CDOM por debajo de 0.03 m^-1. Para ejemplificar el rendimiento del UltraPath en química de laboratorio y control de procesos, se midió la absorbancia de Ponceau S con la longitud de trayectoria de 200 cm de un UltraPath. Normalizando el gráfico de absorbancia de Ponceau a AU/cm, el rango de esta medición es de 150 μAU con un nivel de ruido inferior a 2 μAU pico a pico. Se puede detectar clara y confiablemente una concentración subnanomolar de este tinte, lo cual es una novedad en la espectroscopía basada en absorbancia.

(Izquierda) Dos espectros de absorción típicos medidos usando UltraPath. La muestra etiquetada “Bahía de Sarasota” es una muestra de CDOM con 34 PSU de salinidad recolectada en la Bahía de Sarasota (nov. 2007), y la muestra etiquetada “Estanque” es una muestra de CDOM altamente concentrada recolectada de un estanque local en Sarasota, Florida (nov. 2007).

(Derecha) La muestra de CDOM “Bahía de Mayagüez” fue recolectada de las aguas oligotróficas de alta salinidad de la Bahía de Mayagüez en la costa oeste de Puerto Rico (2001). Datos cortesía del Centro Espacial Stennis de la NASA.