色付き溶存有機物質（CDOM）を簡単に測定する

光ファイバー液体ウェーブガイドキャピラリーセルによるCDOM測定

WPIの液体波長キャピラリーセル（LWCC）は、光ファイバー分光法コミュニティでロングパス長フローセルとも呼ばれ、実用的な用途は想像力次第です。この光ファイバーサンプリングアクセサリーは、光路長の延長と少量サンプルの組み合わせにより、CDOMなどの水質分析に最適です。

2本の光ファイバーがこのサンプリングアクセサリーに接続され、1本はサンプルセルに光を送り、もう1本は分光計に光を送ります。光ファイバーケーブルの長さは変えられ、研究者は採取した水サンプルを使ってラボでCDOMをスポットテストしたり、このサンプリングアクセサリーを光ファイバー分光計と光源に接続して調査対象の水域のCDOMを連続的に監視したりできます。   

CDOMとは何か？

着色溶存有機物の光学的に測定可能な成分です。水系に自然に存在し、有機タンニンに由来します。 

なぜCDOMレベルの研究が重要なのか？

限られた天然資源である水系を、人間や地理的影響などの有害な影響から保護・保存・安全に保つためです。研究は、伐採、排水放出、異常気象、湿地排水など多くの活動による異常なCDOMレベルを改善する最良の方法を導き出すのに役立ちます。これらはすべて水域の水質や生物活動に大きな影響を与えます。

なぜWPIのLWCCを使うのか？

LWCCは光ファイバーフローセルで、光路長の延長と少量サンプルの組み合わせを実現しています。

• より広範囲の吸光度測定のためのダイナミックレンジの改善
• 測定感度の向上 
• 少量サンプルでの測定が可能
• 船上でのリアルタイム測定に適したコンパクトで携帯可能なシステム
• 水質分析プロジェクトで実証された技術、約100件以上の論文あり

主な特徴

• 光路長10～250 cm（LWCCモデルによる）
• 内部容量0.125～3.1 mL（LWCCモデルによる）
• 230～730 nmの波長範囲 
• 多数の関連論文で実証された技術 

• 1 cmキュベットと比較して5～500倍の感度向上
• 低サンプル量採取用の内径0.55 mm（3000シリーズ LWCC）
• 未ろ過液体サンプル用の内径2 mm（4000シリーズ LWCC）
• SMA 905 光ファイバー接続

利点

LWCC光路長の決定

システムを構築する際には適切な機器の選択が不可欠です。私たちには、現地のアプリケーション営業エンジニアが対応可能なチームがおり、課題を評価するために訪問し、プロジェクトの詳細に基づいてLWCCアクセサリーやソリューションを推奨します。以下はガイドです： 

• 希望する吸収範囲に基づいてLWCCの光路長を選択してください。 
• • 吸収範囲> 4.0 mの淡水^-1
  • 吸収範囲1.0–4.0の沿岸海水 ^-1
  • 吸収範囲< 1.0 mの外洋水^-1
• 使用可能な内部容量を選択してください。

選択したLWCCに応じて、CDOM分析システムを完成させるためのコンポーネントを選択できます。

WPIのLWCCの有効光路長は、LWCCがビール・ランバートの法則に厳密に従うと仮定した場合のセルの等価光路長として定義されます：A = ε x c x L、ここでAは測定吸光度、εはモル消光係数、cは濃度、Lは有効光路長です。

通常、最大吸光度値が<0.1 AU（吸光度単位）と想定される場合、感度を高めるためにより長いLWCC光路長が使用されます。逆に、吸光度測定値が1.4 AUを超える場合は、LWCCの光路長を短くして測定がLWCC検出システムの線形範囲内に収まるようにする必要があります。

WPIのLWCCとTidas S300 UV/VIS分光光度計で得られた吸光度測定値は1.4 AUまで線形です。測定された吸光度は、海洋学でCDOM測定に一般的に使用されるスペクトル吸収係数α(λ)に変換できます。吸光度とスペクトル吸収は次の式で関連しています：α(λ) = 2.303 A (λ) / L、ここで2.303は10進対数から自然対数への変換係数、A (λ)は波長λでの吸光度、LはLWCCの光路長です。

CDOM検出の一般的な用途

• 生物地球化学的サイクルの特定、例：海洋における有機炭素ベースのサイクル。
• 表層水塊の監視とマッピング。
• 海洋への紫外線の浸透を測定して以下を判断します：
  • 植物プランクトンの個体数に影響を与える光合成反応
  • 海洋の食物連鎖への影響
  • 大気中の酸素濃度
• 熱蓄積および海氷の減少に関連するCDOMの光吸収を監視します。

2007年11月に採取された海水および淡水サンプルのUltraPath (UPUV)による2つの典型的な吸収スペクトルが図に示されています。両サンプルは高吸光度のため10 cm光路長で分析されました。ラベル「マヤグエズ湾」のCDOMサンプルは、プエルトリコ西海岸のマヤグエズ湾のオリゴトロフィックで生産性の低い高塩分水域から採取されました。UltraPathの卓越した感度により、0.03 m^-1以下のCDOM吸収の検出が可能である点に特に注目してください。UltraPathの性能を実験室化学およびプロセス制御で示すために、UltraPathの200 cm光路長でポンスーSの吸光度を測定しました。ポンスー吸光度グラフをAU/cmに正規化すると、この測定範囲は150 μAUで、ノイズレベルはピークツーピークで2 μAU未満です。この染料のサブナノモル濃度を明確かつ信頼性高く検出できることは、吸光度ベースの分光法における新しい成果です。

(左) UltraPathを使用して測定された2つの典型的な吸収スペクトル。ラベル「サラソタ湾」のサンプルは、サラソタ湾から採取された34 PSU塩分のCDOMサンプル（2007年11月）、ラベル「池」のサンプルはフロリダ州サラソタの地元の池から採取された高濃度CDOMサンプル（2007年11月）です。

(右) CDOMサンプル「マヤグエズ湾」は、プエルトリコ西海岸のマヤグエズ湾の高塩分オリゴトロフィック水域から採取されました（2001年）。データ提供：NASAステニス宇宙センター.