Wyznaczanie współczynnika absorpcji światła przez cząstki zawieszone w morzu a p (λ)

Transkrypt

1 Wyznaczanie wpółczynnika aborpcji światła przez czątki zawiezone w morzu a p (λ) źródło: Joanna Stoń-Egiert "Szczegółowy opi toowanych procedur metodycznych i pomiarowych w celu wyznaczania izycznych i biogeochemicznych charakterytyk wody morkiej, raport naukowy opracowany w ramach projektu UDA-POIG /09 Satelitarna Kontrola Środowika Morza Bałtyckiego (SatBałtyk), wpółinanowanego przez Unię Europejką z Europejkiego Funduzu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gopodarka, archiwum projektu SatBałtyk, IO PAN, 37 pp. Wyznaczenie wpółczynnika aborpcji światła przez czątki zawiezone w morzu ap(λ) przebiega według kolejnych etapów zamiezczonych na poniżzym chemacie (ry.1). W zamiezczonych poniżej podrozdziałach opiane zotały kolejne kroki metodyczne. Pobór wody morkiej Filtrowanie Przechowywanie próbek Wyznaczenie wpółczynnika aborpcji światła przez czątki zawiezone w morzu Ry.1. Schemat przygotowania próbek wody morkiej w celu wyznaczenia wpółczynnika aborpcji światła przez czątki zawiezone w morzu ap(λ). Pobór wody morkiej. Wodę morką należy pobrać z powierzchni i dodatkowych głębokości batometrem (w IO PAN wykorzytywany jet batometr typu SBE 32). Wybór głębokości poboru próbek jet uzależniony od aktualnej ytuacji biologicznej i hydrologicznej w rejonie badań. Najczęściej woda pobierana jet z 5 poziomów uwzględniających zmiany w głębokowodnym rozkładzie materii organicznej (ocenianej na podtawie pomiarów lourymetrycznych). Filtrowanie. Filtrowanie wody morkiej powinno być przeprowadzone natychmiat po jej poborze przez ączki z włókna zklanego GF/F (Whatman) o średnicy φ = 25 mm, pod ciśnieniem nie przekraczającym 0.4 atm, gdyż więkze mogłoby powodować znizczenie komórek itoplanktonu. Cza od poboru wody do zakończenia iltracji nie powinien przekraczać 1 godziny. Objętość iltrowanej wody jet uzależniona od zawartości zawieiny organicznej. Zwykle w wodach bałtyckich iltruje ię objętości od 0.02 do 1 dm 3 w taki poób, by ilość materii zebranej na iltrze była lekko widoczna (optymalnie - tanowiła pojedynczą wartwę zebranych czątek). Przy pomiarach wpółczynników aborpcji światła przez czątki

2 zawiezone nie jet wkazane iltrowanie dużych objętości wody, gdyż zebranie nadmiernej, grubej wartwy materii organicznej na iltrze może powodować błędy analityczne związane z proceami reaborpcji światła przez kolejne wartwy oadu na iltrze. Po przeiltrowaniu ączki należy umieścić w odpowiednio opianych pecjalnych pojemnikach (platikowy kozyczek HitoPrep iue Capule, Fiher Scientiic) i zamrozić w ciekłym azocie (-196 C). Należy pamiętać o przygotowywaniu prób odnieienia (iltrów reerencyjnych). W analizach przeprowadzanych w IO PAN - z każdego nowego opakowania iltrów wybierane ą loowo trzy iltry, które tanowią tzw. próby reerencyjne. Ich przygotowanie polega na przeiltrowaniu przez nie 30 cm 3 przeączu wody morkiej (przeącz wody morkiej jet przygotowywany w proceie dwutopniowej iltracji wody morkiej: przez iltry z włókna zklanego GF/F i przez iltr membranowy o porach 0.2 µm). Natępnie ączki te ą mrożone w ciekłym azocie i przechowywane w warunkach głębokiego mrożenia do czau podjęcia analiz laboratoryjnych takich, jakim poddawane ą iltry z zawieiną. Przechowywanie próbek. Do czau pojęcia analiz pektrootometrycznych próbki należy przechowywać w ciekłym azocie (-196 C, dewar) lub w warunkach głębokiego mrożenia (-80 C). Wyznaczenie wpółczynnika aborpcji światła przez czątki zawiezone w morzu. Do pomiarów widm aborpcji światła przez czątki zawiezone wykorzytywany jet pektrootometr wypoażony w erę integrującą. W analizach wykonywanych w IO PAN jet to pektrootometr UNICAM UV4-100 ze erą integrującą irmy LABSPHERE model RSA-UC-40 o średnicy 66 mm. Metodyka pomiarów widm aborpcji, jak i dalzych obliczeń wpółczynników aborpcji przez czątki jet oparta na wykorzytaniu chematu pomiarowego i algorytmu obliczeniowego rekomendowanego przez aana i Ferrari (1995). Poniżej zamiezczony zotał chemat pomiarów (ry.2). mod tranmiji mod relektancji Ry.2. Schemat układu pomiarowego toowanego w pomiarach aborpcji światła przez czątki znajdujące ię na iltrze.

3 Przed pomiarami pektrootometrycznymi iltr z zawieiną należy rozmrozić w ciemności (np.: pod zalką Petriego owiniętą olią aluminiową), aby pod wpływem światła zawieina organiczna na iltrze nie uległa degradacji. Po rozmrożeniu iltr należy włożyć do pojemnika z niewielką ilością dwukrotnie przeiltrowanej wody morkiej (przez iltr z włókna zklanego GF/F i natępnie przez iltr membranowy o porach 0.2 µm) w celu uzykania powierzchni o jednakowej wilgotności, co zapewnia lepze przyleganie do uchwytu w trakcie pomiaru. ak przygotowany iltr z zawieiną jet natępnie poddawany czterem pomiarom: pierwze dwa to pomiary w modzie tranmiji i relektancji bezpośrednio po rozmrożeniu iltra. Na podtawie wyników tych pomiarów wyznaczany jet wpółczynnik aborpcji światła przez wzytkie czątki znajdujące ię na iltrze (ap), kolejne dwa to pomiary w modzie tranmiji i relektancji po uprzednim odbarwieniu zawieiny na iltrze. Na podtawie wyników tych pomiarów wyznaczany jet wpółczynnik aborpcji światła przez czątki niealgalne (organiczny detrytu i czątki mineralne - ad.). Proce odbarwiania, czyli pozbywania ię z materiału związków barwnych (pigmentów), jet wykonywany poprzez naączanie iltra 2% roztworem CaClO do momentu widocznego zaniku zabarwienia, czyli około 25 min. Natępnie przez iltry należy przeączyć ok. 30 cm 3 dwukrotnie przeiltrowanej wody morkiej (przez iltry z włókna zklanego GF/F i iltry membranowe o średnicy porów 0.2 µm) w celu wypłukania odbarwiacza i wyeliminowania jego wpływu na aborpcję światła. Po wykonaniu pomiarów pektrootometrycznych w zakreie nm otrzymujemy natępujące wielkości: ODR gętość optyczną zmierzoną dla iltra odnieienia w modzie relektancji, OD - gętość optyczną zmierzoną dla iltra odnieienia w modzie tranmiji, ODR - gętość optyczną zmierzoną dla iltra z zawieiną w modzie relektancji, OD - gętość optyczną zmierzoną dla iltra z zawieiną w modzie tranmiji, ODRb - gętość optyczną zmierzoną dla odbarwionego iltra z zawieiną w modzie relektancji, ODb - gętość optyczną zmierzoną dla odbarwionego iltra z zawieiną w modzie tranmiji. Na podtawie tych pomiarów, przy wykorzytaniu algorytmu zczegółowo opianego w pracy aan i Ferrari (1995), wyznaczane ą pektralne rozkłady wpółczynników aborpcji światła przez czątki zawiezone ze wzoru: aa pp (λλ) = llll(10) OOOO (λλ) AA pp vv gdzie: ap(λ) - wpółczynnik aborpcji czątek w roztworze [m -1 ]

4 Ap powierzchnia iltra zajmowana przez zebrany oad [m 2 ], viltr objętość przeiltrowanej wody morkiej [m 3 ], ODu gętość optyczna czątek zawiezonych w roztworze, wyznaczana ze wzoru: OOOO = aa OOOO 2 + bb OOOO, gdzie OD to gętość optyczna czątek zgromadzonych na iltrze. Związek pomiędzy tymi gętościami optycznymi określany jet jako tzw. β-actor. Parametr ten jet poprawką wynikającą z wydłużenia drogi optycznej światła w zawieinie zgromadzonej na iltrze powodowaną przez rozprazanie światła wewnątrz materiału iltra GF/F (Stramka i in. 2003). Wyznaczany jet ze wzoru: ββ = (aa OOOO + bb) 1, gdzie wpółczynniki a i b ą wyznaczane ekperymentalnie. W badaniach prowadzonych w IO PAN wykorzytywane ą wartości wpółczynników a i b oraz poprawki β zamiezczone w pracach Kaczmarek i in. (2003) i Stramka i in. (2003), które pozwalają na wyznaczenie ODu z równania: gdzie: OOOO = OOOO OOOO OD - gętość optyczna odpowiadająca rzeczywitej aborpcji światła przez czątki zgromadzone na iltrze, wyznaczana wzoru: 1 OD = log 1 A A aborbancja wyznaczane ze wzoru: R 1 + R R A =, 1+ R τ 1 gdzie: R R OD R =10 - relektancja iltra odnieienia, bezwymiarowa, OD = 10 - tranmitancja iltra odnieienia, bezwymiarowa, OD = 10 R - relektancja iltra z zawieiną, bezwymiarowa, OD = 10 - tranmitancja iltra z zawieiną, bezwymiarowa, τ1 = jet blikie 1 (aan i Ferrari, 1995). inverted Na podtawie takiego amego zetawu równań wyznaczany jet wpółczynnik aborpcji światła przez czątki niealgalne ad(λ) (organiczny detrytu i czątki mineralne) wykorzytując

5 wartości gętości optycznej iltrów odbarwionych ODRb i ODb. Wartość wpółczynnika aborpcji światła przez itoplankton - aph(λ) wyznaczana jet z równania: aph(λ) = ap(λ) - ad(λ). Ooba wykonująca pomiary ap(λ) w IO PAN mgr inż. Jutyna Meler (kunicka@iopan.gda.pl) Literatura Kaczmarek S, Stramki D., Stramka M., 2003, he new pathlenght ampliication actor invetigation, Abtr. Publ. 149, Baltic Sea Sci. Congre, Helinki aan S., Ferrari G., 1995, An Alternative Approach to Aborption Meaurement o Aquatic Particle Retained on Filter, Limnol. Oceanogr., 40(8), Stramka M. D. Stramki, R. Hapter, S. Kaczmarek, J. Stoń-Egiert, Bio-optical relationhip and ocean color algorithm or the north polar region o the Atlantic, J. Geophy. Re., 108, C5, 3143, 2003.