Mejora de la espectrometría de masas submarina para la exploración de aguas oceánicas mediante la calibración in situ

El SWIMS del URI, famoso por su resolución sin parangón en la medición de compuestos volátiles, especialmente gases disueltos en aguas oceánicas, requiere una atención meticulosa a diversos factores instrumentales y ambientales para una interpretación precisa de los datos recogidos. El instrumento ha sido probado sobre el terreno en diferentes campañas de exploración oceánica caracterizando los gases disueltos en lugares clave del sistema oceánico de nuestro planeta, especialmente alrededor de los polos.

El SWIMS utilizado por el URI consiste en un espectrómetro de masas cuadrupolar Transpector® MPH que incluye un filamento doble y parámetros programables de la fuente de iones para diferenciar las señales de gas con el mismo pico de masa pero diferentes potenciales de ionización. El sistema requiere un sistema de turbobomba y una entrada de membrana especial para introducir los analitos en el agua a presiones variables desde la atmosférica hasta presiones muy altas cuando se mide a profundidades significativas para extraer las señales de concentración de gases disueltos. 

El diseño del SWIMS fue promovido por los doctores Tim Short y Strawn Toler, junto con otros investigadores de la Universidad del Sur de Florida, que desarrollaron espectrómetros de masas submarinos (UMS) y los utilizaron en diversas plataformas y vehículos submarinos para diversos proyectos de investigación. En la actualidad colaboran en este proyecto de investigación en el que INFICON está apoyando a la URI con la optimización de un nuevo sistema de espectrómetro de masas de sobremesa que utiliza la última versión del Transpector MPH 200 MS y que se utilizará para realizar mediciones a bordo a partir de muestras de agua recogidas. Esta última versión también incluye un BCG450 TripleGauge®. En última instancia, se prevé incorporar este sistema a una nueva versión de un UMS para futuras campañas de exploración. 

Un aspecto significativo de esta colaboración es el desarrollo de un nuevo método de calibración destinado a medir y corregir la influencia de variables clave. Estas variables incluyen la presión hidrostática, la temperatura interna del instrumento, el ruido electrónico, la temperatura de la muestra, el vapor de agua y los cambios externos de temperatura del agua. El innovador método de calibración in situ implica el muestreo continuo de un patrón de gas disuelto.

Los UMS pueden utilizarse en varias plataformas, dependiendo del lugar en el que necesiten tomar muestras. Estas plataformas incluyen barcos, vehículos operados a distancia (ROV) y sumergibles tripulados. La elección de la plataforma depende de factores como la duración del muestreo y el medio marino estudiado, como el océano superficial, las aguas costeras, el océano profundo o los respiraderos hidrotermales. 

Desplegado dos veces en un vehículo de remolque sumergible para capturar perfiles en toda la zona eufótica, el UMS SWIMS y el sistema de calibración in situ se centraron en la medición de los gases atmosféricos primarios-N2, O2, Ar y CO2. El objetivo era examinar cómo variables independientes como la presión, la temperatura interna, la línea de base del ruido electrónico, la temperatura de la muestra, la presión del vapor de agua y la temperatura del agua in situ contribuyen a la variabilidad de las lecturas del UMS.

Utilizando el Análisis de Componentes Principales para evaluar las fuentes de variabilidad y los Modelos Aditivos Generalizados para corregir la salida del UMS, los esfuerzos de colaboración lograron con éxito correcciones dentro de un margen de error del 1%.

La tecnología UMS, basada en la espectrometría de masas con entrada de membrana (MIMS), ofrece ventajas significativas en la cuantificación de gases submarinos. Al obtener directamente las muestras del medio ambiente sin intervención manual, el UMS elimina los artefactos de muestreo y permite un alto rendimiento de las muestras. Además, los prolongados despliegues in situ permiten sofisticados análisis estadísticos de las señales ambientales, mejorando nuestra comprensión de los procesos oceánicos.

Esta iniciativa de colaboración entre la URI y el Equipo de Investigación de Tecnologías Emergentes de INFICON representa un paso adelante en el avance de las capacidades de la tecnología UMS, proporcionando valiosos conocimientos sobre la dinámica de los gases disueltos en el océano.

La innovación está en el centro de nuestros esfuerzos al colaborar con el Departamento de Ingeniería Oceánica de la Universidad de Rhode Island. No es fácil alcanzar los objetivos científicos, especialmente en proyectos como éste en los que las mediciones precisas son cruciales para comprender y mitigar los efectos del cambio climático. No obstante, nuestro compromiso sigue siendo firme.

Sigamos superando los límites y esforzándonos por lograr una comprensión más profunda de los complejos sistemas de nuestro planeta.