Концентрация хлорофилла в морской воде связана с биомассой и состоянием одноклеточных организмов — фитопланктона, флуоресцирующего при возбуждении излучением видимого и УФ-диапазона. Ученые из МФТИ и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН разработали метод для быстрой оценки концентрации хлорофилла в морской воде. Метод не требует подготовки проб и может применяться в экспедициях на научно-исследовательских судах.
Российские ученые разработали метод оперативной оценки концентрации хлорофилла в морской воде / ©Getty images
Работа опубликована в журнале Journal of Photochemistry and Photobiology. Концентрация хлорофилла A — важнейший параметр морской воды, характеризующий состояние одноклеточных растений (фитопланктона). Он широко используется для расчета первичной продукции (прирост количества органического вещества за счет фотосинтеза) в океанах и морях. Концентрация хлорофилла A — единственная характеристика морских экосистем, которую можно исследовать при помощи спутниковых снимков на больших площадях и в течение долгого времени.
Для точного определения концентрации хлорофилла используется трудоемкий и относительно дорогой метод высокоэффективной жидкостной хроматографии, который применяется в лабораториях на суше. Также существует более простой, но менее точный экстракционный метод — используя его, измерения можно проводить прямо на борту судна во время экспедиции, однако процесс измерения требует значительного времени.
Есть еще флуоресцентные методы, их преимущество в том, что они не требуют подготовки проб перед измерениями и позволяют оперативно получать результаты. Однако они имеют относительно низкую точность, поскольку интенсивность флуоресценции хлорофилла А зависит не только от его концентрации, но и от иных факторов: видового состава фитопланктона, состояния клеток и возраста популяции.
Дмитрий Глуховец с коллегами усовершенствовали флуоресцентный метод. Они использовали разработанный ранее двухканальный лазерный спектрометр для определения интенсивности флуоресценции хлорофилла А в морской воде.
Ученые проверили метод на данных, полученных в экспедициях Института океанологии РАН. Ошибки измерений лежали в пределах 40–50 процентов при использовании общей формулы и 20–35 процентов после калибровки с учетом особенностей акваторий, где выполнялись экспедиционные исследования.
По сложности предлагаемый метод занимает промежуточное положение между более точными и трудоемкими экстракционными методами и более простыми и относительно недорогими — с использованием одноканальных приборов, широко используемых в практике океанологических исследований.
«Наш способ можно применять для оценки концентрации хлорофилла А в морской воде. Точность метода сопоставима с экстракционными методами для определения концентрации хлорофилла — 20–50 процентов. Однако простота процедуры измерения позволяет быстро получать большой объем данных прямо во время экспедиции. Двухканальный лазерный спектрометр достаточно прост в изготовлении и использовании.
Большинство коммерческих флуориметров используют в качестве источников возбуждения светодиоды. Мы используем лазеры, что благодаря узкому спектральному диапазону излучения позволяет четко разделять пики флуоресценции и эффективно подавлять возбуждающее излучение.
Мы планируем усовершенствовать метод путем добавления дополнительных длин волн возбуждения флуоресценции. Это позволит увеличить точность, а также выполнять оценки видового состава фитопланктона», — рассказывает Дмитрий Глуховец, руководитель лаборатории оптики океана Института океанологии РАН и доцент кафедры термогидромеханики МФТИ. Работа поддержана грантом президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых.
