Sensore di fluorescenza in situ per alghe e cianobatteri
Misura dell'emissione di fluorescenza specifica della clorofilla-a (eccitazione 470 nm / emissione 680 nm) e della ficocianina (eccitazione 590 nm / emissione 650 nm) per rilevamento in continuo di alghe verdi e cianobatteri in invasi, laghi e captazioni idropotabili.
Range di misura
0-300 µg/L clorofilla-a eq.; 0-200 µg/L ficocianina RFU
Accuratezza
Indicativa: dipende dalla correlazione con il metodo estrattivo di laboratorio
Calibrazione
Verifica con standard fluorescente stabile ogni 3 mesi; confronto con analisi laboratorio mensile durante la stagione algale
Manutenzione
Pulizia frequente dell’ottica, soprattutto in estate; spazzola automatica sui modelli che la prevedono
Principio di misura
Il sensore sfrutta la fluorescenza naturale dei pigmenti fotosintetici presenti nelle cellule algali e cianobatteriche. Un LED blu (circa 470 nm) eccita la clorofilla-a contenuta in tutte le microalghe, che emette fluorescenza rossa a circa 680 nm; l'intensità del segnale è proporzionale alla densità cellulare. Un secondo LED verde-giallo (590 nm) eccita la ficocianina, pigmento accessorio caratteristico dei soli cianobatteri (alghe azzurre), con emissione a circa 650 nm. La misura combinata consente di distinguere la biomassa algale totale dalla componente cianobatterica, la più rilevante per la produzione di cianotossine.
Il segnale di fluorescenza è acquisito da un fotodiodo o fototransistor con filtri interferenziali narrowband che isolano le lunghezze d'onda di emissione ed eliminano la luce di eccitazione retrodiffusa. Un algoritmo interno corregge l'effetto di attenuazione da torbidità (inner filter effect) usando una misura simultanea a 700 nm.
Range tipico e soglie di allerta
La clorofilla-a è bassa negli invasi poveri di nutrienti (oligotrofi) e sale a decine o centinaia di µg/L negli invasi eutrofici e durante le fioriture. L'OMS propone, per le acque potabili, un sistema a livelli di allerta basato su biovolume di cianobatteri o clorofilla-a in presenza di dominanza cianobatterica, che fa scattare controlli e misure via via più stringenti.
Per la ficocianina le soglie di attenzione vanno stabilite per il singolo invaso, confrontando il segnale con conteggi al microscopio: un aumento indica crescita dei cianobatteri e la necessità di sorvegliare le cianotossine (microcistine, cilindrospermopsina, anatossine).
Calibrazione e validazione
La taratura di base si esegue con soluzioni di clorofilla-a purificata o con standard fluorescenti stabili (ad esempio rodamina). La taratura campo-specifica si ottiene correlando le letture del sensore con le misurazioni di clorofilla estrattiva su campioni filtrati in laboratorio, con metodi spettrofotometrici (ISO 10260) o cromatografici (HPLC). Il rapporto tra fluorescenza e concentrazione varia con la specie algale, le condizioni di luce e la stagione: è necessario costruire una curva di correlazione specifica per ciascun invaso.
ISO 15839 è il riferimento per la qualificazione generale dei sensori on-line per acque. La verifica periodica si esegue confrontando il segnale del sensore con analisi di clorofilla estrattiva, più spesso nella stagione di crescita algale.
Manutenzione e stabilità
La finestra ottica del sensore deve essere pulita regolarmente per rimuovere biofilm, depositi di CaCO3 e sedimento. I modelli con spazzola di pulizia automatica (wiper) riducono molto la manutenzione manuale. Se l'ottica resta pulita, la deriva strumentale è contenuta.
Senza pulizia automatica la sonda va estratta e pulita con panno morbido e acqua distillata, più spesso in estate, quando la crescita algale è massima.
Quando usarlo
Il sensore è indicato per il monitoraggio in continuo di invasi, laghi e serbatoi utilizzati come fonti idropotabili, in particolare durante la stagione primaverile-estiva quando il rischio di fioriture cianobatteriche è massimo. È essenziale per attivare in modo tempestivo le misure di gestione previste dai piani di sicurezza dell'acqua (Water Safety Plans, WSP) e dalle linee guida dell'OMS sui cianobatteri. Il D.Lgs. 18/2023 fissa per la microcistina-LR un valore di parametro di 1 µg/L, da controllare in caso di potenziali fioriture nell'acqua di origine.
Trova applicazione anche nel monitoraggio ambientale di corpi idrici superficiali ai sensi della Direttiva Quadro sulle Acque 2000/60/CE (WFD), nel controllo della qualità delle acque di balneazione (Direttiva 2006/7/CE) e nella sorveglianza dei punti di captazione di acquedotti. L'integrazione con algoritmi di early warning consente di attivare automaticamente allerte e campionamenti di conferma per cianotossine.
Confronto con metodi normati di riferimento
Il metodo di riferimento per la clorofilla-a è ISO 10260 (estrazione con etanolo e spettrofotometria), in alternativa l'HPLC. Il sensore misura in continuo, mentre il metodo estrattivo richiede filtrazione, estrazione in solvente e analisi in laboratorio. Il sensore è adatto alla gestione operativa, non alla valutazione dello stato ecologico ai sensi della Direttiva Quadro sulle Acque, che richiede metodi normati.
Per la ficocianina non esiste una norma ISO dedicata: i risultati del sensore indicano la presenza di cianobatteri e vanno confermati con il conteggio al microscopio (UNI EN 15204, metodo di Utermöhl) e con il dosaggio delle cianotossine (LC-MS/MS, ELISA).
Integrazione SCADA / IoT e early warning
I sensori moderni espongono uscite Modbus RTU/TCP, SDI-12 (per data logger ambientali), 4-20 mA e RS-485. L'integrazione con piattaforme cloud (MQTT, REST API) permette di trasmettere dati in tempo reale al centro di controllo dell'acquedotto, attivare allerte al superamento delle soglie stabilite dal gestore, e costruire modelli predittivi di bloom algale usando dati storici di clorofilla, temperatura, irraggiamento e nutrienti.
Alcuni gestori integrano il sensore di fluorescenza con sensori di nitrati, fosfati e ossigeno disciolto per costruire un indice trofico on-line. Il SCADA può attivare automaticamente il pretrattamento con carboni attivi in polvere (PAC) o ozono all'ingresso dell'impianto di potabilizzazione quando la ficocianina supera la soglia programmatica.
Limiti e interferenze
La fluorescenza della clorofilla-a è soggetta a quenching non fotochimico (NPQ): con luce solare intensa le cellule algali riducono la propria fluorescenza per proteggersi, con una sottostima nelle ore centrali della giornata. Per questo conviene collocare il sensore a una certa profondità o in una cella di flusso al riparo dalla luce.
Le particelle minerali in sospensione possono causare letture spurie. La correzione interna della torbidità attenua il problema, ma su acque molto torbide la misura di fluorescenza perde affidabilità. Infine, il sensore non sostituisce le analisi di legge per cianotossine: un alto segnale di ficocianina indica presenza di cianobatteri, ma non quantifica la produzione di tossine, che dipende da fattori genetici e ambientali e richiede dosaggio analitico dedicato.
Domande correlate
Ultimo aggiornamento: 2026-10-17