Sensor de fitoplâncton em meio aquático

Abstract

O fitoplâncton representa um dos principais constituintes dos ecossistemas aquáticos, estando na base da cadeia alimentar e sendo um dos maiores produtores primários. Esses factos fazem que com inúmeras espécies estejam dependentes dele não só para alimento como também para a produção do seu oxigénio. Porém, o fitoplâncton não apresenta só benefícios podendo em alguns casos e mediante determinadas condições, proliferar de forma descontrolada. O seu rápido crescimento aliado à existência de algumas espécies toxicas pode repercutir-se em graves problemas para os ecossistemas aquáticos e consequentemente para o ser humano, provocando prejuízos económicos e de saúde que em casos extremos pode resultar em morte. Por estes motivos é fundamental realizar a constante monitorização do fitoplâncton para tentar prevenir e conter este tipo de eventos. A monitorização do fitoplâncton tem sido realizada, ao longo dos últimos anos, através de várias técnicas e equipamentos. No entanto, estas técnicas requerem muitas vezes a utilização de material caro e volumosos e a necessidade de um operador altamente qualificado nos processos e técnicas a utilizar. Estas necessidades fazem com que seja difícil obter um equipamento de pequenas dimensões que permita realizar as medições no local de forma autónoma. Desta forma, o trabalho desenvolvido consiste na obtenção de um sensor de baixo custo que realize medições de fitoplâncton autonomamente in-situ com boa sensibilidade de medição. Este equipamento recorre à técnica de espetroscopia de fluorescência que realiza a monitorização de fitoplâncton através das propriedades fotossintéticas da clorofila-a, principal pigmento fotossintético que o constitui. Este sensor recorre a um amplificador de deteção síncrona para tratar o sinal de fluorescência medido, de forma que os resultados das medições tenham o menor ruído possível. Ao longo deste trabalho são apresentados os testes, correções e melhorias realizadas no sistema, demostrando como foi possível atingir um equipamento capaz de medir concentrações que podem ir desde 0,01 µg/L até valores bastante superiores a 1000 µg/L.

Phytoplankton represents one of the main constituents of aquatic ecosystems, being at the base of the food chain and being one of the largest primary producers. These facts mean that countless species are dependent on it not only for food but also for the production of their oxygen. However, phytoplankton does not only offer benefits, and in some cases and under certain conditions, it can proliferate uncontrollably. Its rapid growth, combined with the existence of some toxic species, can result in serious problems for aquatic ecosystems and consequently for humans, causing economic and health damage that in extreme cases can result in death. For these reasons, it is fundamental to carry out constant monitoring of phytoplankton in order to try to prevent and contain this type of event. Phytoplankton monitoring has been carried out over the last few years using various techniques and equipment. However, these techniques often require the use of expensive and bulky material and the need for a highly qualified operator in the processes and techniques to be used. These needs make it difficult to obtain a small-sized device that allows autonomous measurements to be carried out in situ. This work consists of obtaining a low-cost sensor that performs phytoplankton measurements autonomously in-situ with good measurement sensitivity. This equipment uses the fluorescence spectroscopy technique that monitors phytoplankton through the photosynthetic properties of chlorophyll a, the main photosynthetic pigment that constitutes it. This sensor uses a lock-in amplifier to treat the measured fluorescence signal, so that the measurement results have as little noise as possible. Throughout this work, tests, corrections and improvements made to the system are presented, demonstrating how it was possible to achieve equipment capable of measuring concentrations that can range from 0.01 µg/L to values much higher than 1000 µg/L.