Optische Nitratmessung
Im Projekt optische Nitratmessung beschäftigen wir uns mit der Optimierung der Parameter für die Algorithmen zur Anpassung der gemessenen Absorptionsspektren an die Kalibrierspektren. Als Messinstrument für die Absorptionsspektren kommt ein OPUS der Firma TriOS zum Einsatz.
Funktionsweise der optischen Nitratmessung
Da Nitrat im Wasser ultraviolette Strahlung absorbiert, kann man durch Messung der Absorption auf die Konzentration des Nitrats schliessen. Erschwert wird diese Messung durch den Umstand, das auch andere Inhaltsstoffe des Seewassers (wie z.B. die Salze, Nitrit, Gelbstoffe und Schwefelwasserstoff) im UV-Bereich absorbieren. Daher muss zur Bestimmung der Nitratkonzentration ein Absorptionsspektrum aufgenommen werden (also die Absorption bei vielen Wellenlängen gleichzeitig gemessen werden).
Das gemessene Absorptionsspektrum (blaue Kurve im rechten Bild) wird dann mittels eines mathematischen Algorithmus (multiple lineare Regression) an eine Kombination aus den Kalibrierspektren, die das linke Bild oben zeigt, angepasst. Bei dieser Anpassung gibt es eine Reihe von Parametern (z.B. der Wellenlängenbereich des Spektrums, das Zulassen negativer Konzentrationen (die physikalisch zwar nicht sinnvoll sind, unter Umständen die Anpassung jedoch verbessern) und die Anzahl der einbezogenen Kalibrierspektren). Die Optimierung dieser Parameter für den Einsatz in der Ostsee ist ein Gegenstand unserer Arbeit. Dabei arbeiten wir mit der Arbeitsgruppe Bio-physikalische Wechselwirkungen zusammen, die die Vergleichsmessungen mittels bewährter Labormethoden durchführt.
Mit dieser optischen Methode lassen sich dann auch Tiefenprofile der Konzentration in höherer Auflösung messen, als es mit Wasserproben und Labormethoden möglich wäre.
Die beiden Bilder oben zeigen solche Tiefenprofile für Schwefelwasserstoff (links) und gelösten Sauerstoff (rechts) über einen Zeitraum von sechs Wochen im Gotlandbecken. Das salz- und sauerstoffreichere Einstromwasser strömt am Boden ein und der Sauerstoff oxidiert den Schwefelwasserstoff. Dabei ist das Bild für den Schwefelwasserstoff nur qualitativ.