Μελέτη της ποιότητας του νερού με τη χρήση φασματοσκοπίας του Laser επαγόμενου φθορισμού (LIF)

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, η θαλάσσια ρύπανση εξαιτίας της παρουσίας πετρελαίου (και των παραγώγων του) από την εμπορική ναυτιλία, καθώς και η αυξημένη συγκέντρωση χλωροφύλλης και διαλυμένων οργανικών ουσιών (DOM), αποτελεί μια βασική περιβαλλοντική ανησυχία για την οποία πολλές διεθνείς συνεργασίες και νόμοι έχουν πραγματοποιηθεί, ιδιαιτέρως υπό την αιγίδα του Διεθνούς Θαλάσσιου Οργανισμού (International Maritime Organisation, ΗΜΟ). Το πετρέλαιο έχει, άμεσα και έμμεσα, καταστροφικές επιπτώσεις σε ζώα και φυτά που κατοικούν στο θαλάσσιο και παράκτιο περιβάλλον.

Η παρακολούθηση, η διαχείριση και ο έλεγχος της ποιότητας του υδάτινου περιβάλλοντος έχει επιχειρηθεί επιστημονικά με τη χρήση διαφόρων μεθόδων εκ των οποίων άλλες στηρίζονται στη χημική ανάλυση της σύστασης των φυσικών υδάτων, άλλες σε τεχνικές τηλεπισκόπισης και άλλες στην επεξεργασία των οπτικών ιδιοτήτων τους.

Οι τεχνικές τηλεπισκόπισης βασίζονται στη λήψη και επεξεργασία δορυφορικών εικόνων για την καταγραφή πληροφοριών σχετικά με τη θερμοκρασία των υδάτων, το βαθμό αλμυρότητας, τη συγκέντρωση του φυτοπλαγκτόν και γενικότερα των παραγόντων που συμβάλλουν στη καταστροφή του υδάτινου οικοσυστήματος. Οι αναπτυγμένες, αυτές, τεχνικές αλλά και περαιτέρω προσπάθειες από τη διεθνή επιστημονική κοινότητα, καθιστούν την έρευνα στην τηλεπισκόπιση του υδάτινου περιβάλλοντος έναν τομέα με ιδιαίτερη αποτελεσματικότητα και δυναμική.

Το τελευταίο διάστημα, η φασματοσκοπία του laser επαγόμενου φθορισμού (LIF) κερδίζει ολοένα και περισσότερο το ενδιαφέρον στον τομέα της τηλεανίχνευσης των διαφόρων περιβαλλοντικών ρύπων στον αέρα, το νερό και το έδαφος. Η ανίχνευση των ρυπογόνων ουσιών με την μέθοδο LIF βασίζεται στη σύγκριση των φασμάτων φθορισμού των ρυπαντών με τα αντίστοιχα φάσματα του μέσου που τους περιβάλλει. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται οι δύο πειραματικές διατάξεις που αναπτύχθηκαν για τη λήψη φασμάτων φθορισμού ρυπογόνων ουσιών του υδάτινου περιβάλλοντος. Η μέθοδος που εφαρμόστηκε είναι η φασματοσκοπία του laser επαγόμενου φθορισμού (LIF) και ως φωτεινή πηγή διέγερσης των δειγμάτων χρησιμοποιήθηκε το Nd:YAG laser, ρυθμισμένο να εκπέμπει στα 266nm (τέταρτη αρμονική). Στόχος είναι η μελέτη και ανάπτυξη μιας διάταξης με δυνατότητα φορητότητας για την καταγραφή φασμάτων φθορισμού γνωστών ρυπαντών του νερού και η δημιουργία μιας βάσης δεδομένων που θα περιέχει τα φάσματα αυτά, τα οποία θα μπορούν στο μέλλον να συγκριθούν με αντίστοιχα φάσματα από άλλες πηγές για περισσότερο αξιόπιστα αποτελέσματα.

In the last few years, the marine pollution due to both the presence of oil (and its derivatives) by the commercial shipping and the increased stocking of chlorophyll and dissolved organic matter (DOM) is a basic environmental concern, for which many international collaborations and laws have been established, especially under the aegis of International Maritime Organisation. Oil has both direct and indirect devastating repercussions in animals and plants which live in the marine and coastal environment. The follow-up, the management and the control of the quality of marine environment have been scientifically attempted by using of various methods among which others are based on the chemical analysis of natural waters’ constitution, others on remote sensing techniques and othes on the treatment of their optical attributes. Remote sensing techniques are based on the reception and treatment of satellite pictures for the recording of information refering to the temperature of waters, the degree of saltiness, the concentration of phytoplankton and, in general, the factors which contribute to the destruction of marine ecosystem. These developed techniques and further efforts by the international scientific community render the research in remote sensing for coastal areas a sector of particular effectiveness and dynamics. Recently, the spectroscopy of laser induced fluorescence (LIF) has gained the interest of the scientific community in the field of remote sensing of various environmental pollutants in the air, water and soil. The detection of pollutant substances with the LIF method is based on the difference of spectra of the polluters’ fluorescence in relation with the corresponding spectra of the means which surrounds them (water, soil). In the present work two experimental provisions are presented on the reception of fluorescence spectra of pollutant substances of marine environment. The applied method is the laser induced fluorescence spectroscopy (LIF) and a Nd: YAG laser that it emits in the 266nm (fourth harmonic) was used as a source of excitation of samples. The purpose is double: (1) the study and development of a provision with possibility of portability for the recording of fluorescence spectra and (2) the creation of a database which will contain these spectra that might be compared with corresponding spectra from other sources for more reliable results in the future.