Uporaba fluorescen ne spektroskopije za meritve slanosti ... · PDF filespektrofluorometri – loijo vhodno in floures-cenno svetlobo s pomojo monokromatorja z uklonsko mrežico. Slika

Švegl, F., Hevka, P., Herga, L., Grabec, I., Kalcher, K.: Determination of road salt by fluorescence spectroscopy

Uporaba fluorescen�ne spektroskopije za meritve slanosti cestiš�a

dr. Franc Švegl Zavod za gradbeništvo Slovenije Pavle Hevka, univ.dipl.inž.

DDC svetovanje inženiring, d.o.o., Ljubljana Ljiljana Herga, univ.dipl.geol.

MP, Direkcija Republike Slovenije za ceste akad.prof.dr. Igor Grabec

Amanova d.o.o., Ljubljana prof.dr. Kurt Kalcher

Amanova d.o.o., Institute of Chemistry/Section Analytical Chemistry, Karl-Franzens University Graz, Austria

Povzetek

Po opravljenem soljenju ostane dolo�en delež soli na cestiš�u vse do naslednjega posipavanja. Podatek o slanosti cestiš�a pred novim posipavanjem klju�enga pomena za optimizacijo porabe soli. V današnjem �asu se za oceno slanosti uporablja merjenje prevodnosti slanice, ki se nahaja na površini cestiš�a. Takšen na�in kontrole slanosti je zlasti pri nizkih temperaturah precej težaven in omogo�a le to�kovno dolo�itev na izbranih mestih. V tem prispevku predstavljamo rezultate študije o možnostih uporabe fluorescen�ne spektroskopije za dolo�evanje koli�ine in porazdelitve soli na cestiš�u. Zasledovanje soli je zasnovano na merjenju izsevane svetlobe t.i. markerja, ki ga pred ali med samim posipavanjem dodamo k soli. Rezultati raziskav so pokazali, da je za markiranje soli najprimernejši fluorescin. Za merjenje fluorecence smo razvili poseben prenosni merilni instrument, ki je primeren za meritve na terenu. Na�in merjenja je izredno hiter, nekontakten, neodvisen od vremenskih pogojev, ter omogo�a kontinuirno detekcijo migracije soli po cestiš�u, dolo�itev porazdelitve soli na cestiš�u in zasledovanje prehoda soli v okolje.

Abstract

In winter season after salting action, a certain amount of salt remains on the road surface till the next action. Determination of the amount of residual salt on the road is of high importan-ce for the optimization of salt consumption. Nowadays evaluation of residual salt on the road is based on conductivity measurements of brine. This approach has many disadvantages and ena-bles point vise detection only. In this paper we present the results obtained when fluorescence spectroscopy techniques are used to identify the quantity and distribution of residual salt on the road. The method is based on measurement of fluorescence signal emitted from a flourescent tra-cer like fluorescein which has been added to the road salt. Special portable measuring equipment was developed for remote sensing of salt on the road for this purpose. This approach enables fast, non-contact, weather independent, continuous detection of concentration and distribution of salt on the road as well as monitoring of salt migration into the environment.

Švegl, F., Hevka, P., Herga, L., Grabec, I., Kalcher, K.: Uporaba fluorescen�ne spektroskopije za meritve slanosti cestiš�a

9. SLOVENSKI KONGRES O CESTAH IN PROMETU, Portorož, 22.-24. oktobra 2008 2

1 Uvod V tehnološko razvitih deželah z razveja-

no cestno infrastrukturo, ki ležijo na podro�-jih s pojavi snega in poledice v zimskem obdobju je zimska služba nepogrešljiv sestav-ni del sistema za vzdrževanje cest in izredne-ga pomena za narodno gospodarstvo.

Primarno poslanstvo zimske službe je zagotoviti varnost in prevoznost cest v zim-skih mesecih. Uspešno in u�inkovito delovanje zimske službe je odvisno od vrste parametrov, ki jih je potrebno sproti meriti, nadzirati in izvajati analize izmerjenih rezultatov. Med temi parametri je tudi trenutna slanost cestiš�a, ki zlasti v zadnjem obdobju z razvojem sodobnih tehnologij posipavanja soli vse bolj pridobiva na pomenu. Nemalokrat se zgodi, da so ceste presoljene, kar povzro�a vrsto negativnih u�inkov, kot je zmanjšana torna sposobnost cestiš�a [1], pove�an prehod soli v okolje ter s tem povezani negativni vplivi na vodo, zemljo in zrak [2-4], hitrejše propadanje cestne in obcestne infrastrukture [5], korozija vozil v prometu in nenazadnje nesmotrna poraba sredstev namenjenih zimski službi. Zaradi tega je zasledovanje koli�ine soli, ki se v nekem trenutku nahaja na cestiš�u zelo pomembno za na�rtovalce izvajanja operacij zimske službe, izvajalce posipavanja, vzdrževalce cestnega omrežja, ekologe in cestno upravo. Na�rtovalci akcij zimske službe se na podlagi trenutne slanosti cestiš�a odlo�ajo o potrebnosti izvedbe dodatnega soljenja in dolo�ijo koli�ine soli, ki so potrebne za optimalno posipavanje. Zanesljive meritve slanosti cestiš�a po celotni vozni površini omogo�ajo uporabo optimalne koli�ine soli, ki v danih pogojih še zagotavlja prepre�itev nastanka poledice in varno vožnjo. S pravilno in pravo�asno dolo�itvijo preostanka soli, ki se še nahaja na cestiš�u lahko omogo�imo velike prihranke pri porabi soli, zlasti pri pre-ventivnem posipavanju cest. Le-to se izvaja pred ali po ve�jih akcijah v �asu trajanja zim-ske službe, predvsem na tako imenovanih kri-ti�nih odsekih cest, kakor tudi na ostalih ces-tah, kjer se želimo izogniti vsakodnevnim lokalnim posipavanjem osojnih leg, klancev, mostov, sotesk ter cestnih odsekov I. in II. prioritetnega razreda, kjer je PLDP velik. S pravo�asnimi in pravilno izvedenimi preven-tivnimi posipavanji znatno prihranimo pri stroških, ki bi jih imeli z vsakodnevnim obi-�ajnim posipavanjem. Dobra ocena slanosti cestiš�a vodi do zmanjšanja celotne porabe soli in s tem tudi do zmanjšanja negativnih u�inkov

soljenja na okolje, ter znatnih prihrankov pri fina�nih sredstvih.

V današnjem �asu se v okviru sistema zimske službe dolo�a slanost z meritvami prevodnosti slanice, ki se nahaja na površini cestiš�a [6,7]. Opravljeni so bili tudi poskusi dolo�anja kloridov z ionsko selektivnimi elektrodami [8]. Oba omenjena na�ina kontrole slanosti sta zlasti pri nizkih temperaturah (pod -10 °C) izredno težavna. Zaradi velikih pomanjklivostih pri trenutni metodologiji dolo�anja slanosti cestiš�a obstaja potreba po razvoju nove alternativne metode, ki bo s stali�a uporabnika bolj enostavna za izvajanje meritev in bo omogo�ala trenutno dolo�itev slanosti po celotni površini cestiš�a. V tem prispevku predstavljamo rezultate študije o možnostih uporabe fluorescen�ne spektroskopije [9] za dolo�evanje koli�ine in porazdelitve soli, ki se pred posipavanjem še nahaja na cestiš�u. Detekcija soli je zasnovana na merjenju izsevane svetlobe t.i. fluorecentnega markerja, ki ga pred ali med samim posipavanjem primešamo v znani koli�ini k soli. Rezultati raziskav so pokazali, da je za markiranje soli najprimernejši fluorescein. Za merjenje fluorecence smo razvili poseben prenosni merilni instrument, ki je primeren za meritve na terenu. Na�in merjenja je izredno hiter, nekontakten, neodvisen od vremenskih pogojev, ter omogo�a kontinuirno detekcijo migracije soli po cestiš�u, dolo�itev porazdelitve soli na cestiš�u in zasledovanje prehoda soli v okolje.

2 Izbira markerja za sol in merjenje fluorescen-ce Molekula fluorescentne snovi (t.i. fluoro-

fore) absorbira svetlobo ustrezne valovne dol-žine pri �emer preide do prehoda elektronov na energetsko bogatejša elektronska stanja [9]. Pri vra�anju molekule v osnovno stanje le ta odda foton z nižjo energijo (seva svetlobo pri ve�ji valovni dolžini), kar imenujemo flu-orescenca. Merilo za u�inkovitost procesa je kvantni izkoristek, premik valovne dolžine izsevane svetlobe glede na absorbirano pa Stokesov premik. Ker sta kvantni izkoristek in Stokesov premik izsevane svetlobe fluores-centnih snovi zna�ilna za izbrano molekulo in hkrati odvisna od lastnosti okolja, lahko pojav izkoristimo tudi za merjenje lokalne koncen-



tracije izbrane snovi. Osnovna izhodiš�a za izbiro fluorofore v tej študiji so bila: mo�na fluorescenca fluorofore v vodi, velika topnost v vodi, dinamika raztapljanja podobna soli za posipavanje, ter neškodljivost za zdravje ljudi in okolja. Izmed velikega števila fluorofor, ki so na voljo smo se na podlagi osnovnih fizi-kalnih in kemijskih lastnosti odlo�ili za nadaljnje preu�evanje le dveh: fluoresceina in eosina. Ta dva tipa fluorofor ali markerjev sta po osnovnih kriterijih najprimernejša za mar-kiranje soli za posipavanje.

Svetlobo, ki jo izsevajo fluorescetni markerji v obliki fluorescence izmerimo s fluorometrom. V splošnem lo�imo dva tipa instrumentov za merjenje flourescence (fuo-rometrov): (a) filterski fluorometri – lo�ijo vhodno svetlobo potrebno za vzbujanje mole-kul fluorofore in izsevano svetlobo v obliki fluorescence s pomo�jo opti�nih filtrov in (b) spektrofluorometri – lo�ijo vhodno in floures-cen�no svetlobo s pomo�jo monokromatorja z uklonsko mrežico.

Slika 1: Shematska predstavitev fluorometra z 90° (oziroma 180°) geometrijo

Pri obeh tipih fluorometrov poteka nas-lednje zaporedje dogodkov:

� svetloba potrebna za vzbujanje fluoro-for prihaja iz vira sevanja, potuje skozi primerni filter ali monokromator in zadene vzorec,

� pri prehodu vzorca se del svetlobe absorbira in povzro�i fluorescenco dolo�enega deleža fluorofornih mole-kul, ki se nahajajo v vzorcu,

� fluorescentna svetloba, ki jo emitirajo te molekule se razprši na vse smeri,

� dolo�en delež te svetlobe gre skozi sekundarni filter ali monokromator in doseže detektor, ki se obi�ajno nahaja pod kotom 90°, da se izognemo more-bitnim motnjam zaradi svetlobe iz dru-gih virov (slika 1).

3 Eksperimentalno delo 3.1 Markiranje soli za posi-

pavanje Vhodni materiali: Najbolj uveljavljena

sol za posipavanje cestiš� (do – 8 ºC) je natri-jev klorid (NaCl). Pri nižjih temperaturah posipavamo NaCl omo�en z raztopino kalci-

jevega (CaCl2) oziroma magnezijevega klo-rida (MgCl2) ali tudi mešanice suhega NaCl in CaCl2 ali MgCl2, pri zelo nizkih temperatu-rah pa se posipava �isti CaCl2. Natrijev klorid delimo glede na na�in pridobivanja na kame-no, evaporirano ali morsko sol. V študiji smo uporabili ve� razli�nih tipov morske soli (gle-de na primernost hranjenja v silosu ali na deponiji), en tip evaporirane soli, ter 30 ut. % raztopino CaCl2 in 22 ut. % razt. MgCl2.

Priprava in karakterizacija markirane soli – Za pripravo laboratorijskih vzorcev markirane suhe soli smo izbrali ve� vrst mor-ske soli z razli�no granulacijo in eno vrsto evaporirane soli. Vzorce markirane soli smo pripravili tako, da smo v kovinsko posodo zatehtali primerno koli�ino soli kateri smo med mešanjem na laboratorijskem, planetar-nem mešalu dodali zatehtano koli�ino fluore-scen�nega markerja (na osnovi fluoresceina ali eosina) (slika 2a). Za pripravo laboratorij-skih vzorcev markiranih raztopin soli kalcije-vega in magnezijevega klorida smo izbrali 30 ut % raztopino CaCl2 oziroma 22 ut. % razt. MgCl2, katerim smo primešali razli�ne koli�i-ne fluorescentnega markerja na osnovi fluoresceina oziroma eosina (slika 2b).



3.2 Meritve fluorescence izbranih markerjev v pri-sotnosti soli

Meritve v laboratoriju - Primernost izbranih markerjev na osnovi fluoresceina in eosina smo preizkusili v laboratoriju z merit-

vami fluorescence v prisotnosti soli (tabela 1). Predvsem smo želeli ugotoviti naslednje:

� kakšna je fluorescenca izbranega mar-kerja v slanici in

� kakšen dodatek markerja potrebujemo, da dosežemo zadosti mo�an fluores-cen�ni efekt za detekcijo markirane soli na cesti.

a) b)

Slika 2: (a) Markirana suha sol natrijevega klorida, ki smo ji primešali fluorescentni marker na osnovi fluoresceina (v kotu desno spodaj – osvetljena markirana sol, ki fluorescira). (b) Markirana 22 it. % raz-

topina magnezijevega klorida, ki smo ji primešali marker na osnovi fluoresceina (desno - rumena) in eosina (levo - rde�a) (v kotu desno zgoraj – osvetljeni raztopini, ki fluorescirata).

Tabela 1: Raztopine fluoresceina in eosina v raztopinah soli z razli�nimi koncentracijami

fluorescein ali

eosin koncentracija markerja v mg/kg soli ali ppm

20 50 100 200 nasi�ena raz-

topina nasi�ena raz-



topina 1 M 1 M 1 M 1 M

0,1 M 0,1 M 0,1 M 0,1 M

raztopina NaCl v mol/l (M)

0,001 M 0,001 M 0,001 M 0,001 M 30 ut. % 30 ut. % 30 ut. % 30 ut. %

1 M 1 M 1 M 1 M 0,1 M 0,1 M 0,1 M 0,1 M

raztopina CaCl2 v ut. % ali mol/l (M)

0,001 M 0,001 M 0,001 M 0,001 M 22 ut. % 22 ut. % 22 ut. % 22 ut. %

1 M 1 M 1 M 1 M 0,1 M 0,1 M 0,1 M 0,1 M

raztopina MgCl2 v ut. % ali mol/l (M)

0,001 M 0,001 M 0,001 M 0,001 M

V laboratoriju smo opravili meritve fluo-rescence na fluorometru, ki smo ga sestavili iz ksenonove svetilke, interferen�nega filtra, nastavka za vzorec, ki omogo�a meritve pod 90° in 180°, monokromatorja in ve�kanalnega CCD detektorja (slika 3a). Naprava je oprem-ljena z opti�nimi vlakni, ki omogo�ajo fleksi-bilnost in meritve na razli�nih mestih. Upora-bili smo tudi posebno opti�no sondo, ki omo-go�a merjenje fluorecentn svetlobe pod kotom 360°, ki je primerna tudi za meritve na terenu (slika 3b).

a)



b)

Slika 3: Fotografiji (a) laboratorijskega fluorome-tra z monokromatorjem in CCD detektorjem, ki

smo ga sestavili in uporabili za meritve v labora-toriju in (b) opti�ne sonde za merjenje fluorescen-

ce pod kotom 360° Meritve flourescence na terenu - Za

meritve flourescence na terenu smo razvili posebno robustno aparaturo (sliki 4a in b), ki omogo�a enostavno rokovanje in hitre merit-ve tudi na precej nedostopnih mestih. Apara-tura je zasnovana kot majhen, prenosni ins-trument, kar omogo�a fleksibilnost pri izvaja-nju meritev in mobilnost na terenu. Instru-ment je sestavljen iz vira sevanja, ki ga sesta-vljajo tri LED diode (light-emitting dioda) s tremi osnovnimi barvami: rde�o – zeleno – modro (RGB-LED). Te tri barve pokrivajo celoten vidni del spektra elektromagnetnega valovanja, kar omogo�a vzbujanje razli�nih tipov fluorescentnih markerjev pri razli�nih valovnih dolžinah. Za izklju�itev vpliva dne-vne svetlobe smo uporabili modulacijo pulzov vira sevanja. Fluorescetna svetloba je razlika med intenziteto svetlobe izmerjene ko je vir svetlobe ali svetilo vklju�eno in inteziteto svetlobe, ko je svetilo izklju�eno. Za detekci-jo svetlobe smo uporabili enokanalni detektor (fotodiodo). Pred fotodiodo smo postavili interferen�ni opti�ni filter, ki je odstranil vpliv dela spektra vpadne svetlobe v obmo�ju absorpcije fluorescentnega markerja. Za meri-tve na terenu je zna�ilno hitro spreminjanje pogojev, zato smo vgradili razli�ne stopnje oja�anja signala, ki omogo�ajo meritve pono-�i in podnevi. Aparaturo krmili mikroproce-sor, kar omogo�a popolno avtomatizacijo meritev in prenos podatkov preko RS232 ali USB povezave na prenosni ra�unalnik. Nepo-sredno kontrolo meritev, ter zajem in obdela-vo podatkov preko prenosnega ra�unalnika omogo�a grafi�ni vmesnik, ki smo ga razvili v ta namen.

a)

b)

Slika 3: Fotografiji (a) prednje strani aparature za meritve fluorescence na terenu z virom sevanja na levi in vhodnim kanalom za detekcijo fluoresce-

tne svetlobe na desni, ter (b) komandna ploš�a aparature z LCD zaslonom

4 Rezultati in diskusija 4.1 Meritve fluorescence

izbranih fluorofor v priso-tnosti soli

Absorpcijski spekter 50 ppm raztopine markerja na osnovi fluoresceina v 0,1 M NaCl je prikazana na sliki 4a. V spektru opazimo razmeroma širok trak med 400 in 510 nm, ki pripada absorpciji molekul fluoresceina v sla-nici. Za razliko od obi�ajnih absorpcijskih spektrov fluoresceina v vodi, ki imajo razme-roma oster absorpcijski trak z maksimumom pri 490 nm, opazimo v tem spektru razcepljen trak z dvema maksimuma pri 465 in 495 nm. V emisijskem spektru 50 ppm raztopine mar-kerja na osnovi fluoresceina v 0,1 M NaCl, ki je prikazan na sliki 4b opazimo razširjen trak za emisijo vzbujenih molekul fluoresceina z maksimalno intenziteto pri 520 nm. Prisotnost slanice povzro�i razširitev fluorescence mar-



kerja na osnovi fluoresceina na široko obmo�-je med 500 in 700 nm.

a)

b)

Slika 4: (a) Absorpcijski spekter in (b) emisijski spekter 50 ppm raztopine markerja na osnovi fluo-

resceina v 0,1 M NaCl Na podlagi meritev flourescence raztopin

z razli�nimi koncentracijami obeh izbranih flourofor v slanici z razli�no koli�ino soli smo ugotovili, da sta obe flourofori primerni za markiranje soli. Fluorofora na osnovi floures- ceina je nekoliko prikladnejša za markiranje, ker je izredno dobro topna v vodi tudi pri nižjih temperaturah, zato smo jo izbrali za markiranje soli pri nadaljnjih poskusih. Na podlagi merskih rezultatov smo ugotovili, da že 50 mg markerja na osnovi fluoresceina zadostuje za u�inkovito fluorescenco v priso-tnosti 1 kg soli.

4.2 Meritve fluorescence flo-urescetnega markerja pri nizkih temperaturah

Temperatura lahko znatno vpliva na flu-orescenco izbrane fluorofore. Pri uporabi flu-orescen�ne spektroskopije za detekcijo soli na cestiš�u pri nizkih temperaturah v zimskih mesecih je zato klju�en parameter, ki dolo�a mejo uporabnosti metode. Temperaturno odvisnost fluorescence markerja na osnovi fluoresceina, ki smo ga izbrali za markiranje soli smo preizkusili v temperaturnem obmo�-ju od sobne temperature do -20 °C. Za preiz-kus smo pripravili 50 ppm raztopine fluores-ceina v nasi�eni razt. NaCl, ki smo jo ohlajali od sobne temperature do -20 °C in vmes pomerili fluorescenco. Na sliki 5 je prikazana normalizirana vrednost signala, ki izvira iz fluorescence fluorescina v nasi�eni raztopini soli v odvisnosti od temperature. Intenziteta fluorescence fluoresceina se z nižanjem tem-perature v celotnem temperaturnem obmo�ju linearno zmanjšuje in doseže v bližini -20 °C približno 30 % za�etne vrednosti. Zaradi spreminjanja intenzitete fluorescence s tempe-raturo smo na podlagi merskih rezultatov raz-vili linearni matemati�ni model (ena�ba 1), ki ga lahko uporabimo za korekturo temperatur-ne odvisnosti.

0,250,021TNI += Ena�ba 1

Kjer je NI normalizirana intenziteta fluo-rescence in T temperatura v °C.

Preizkusili smo tudi temperaturno odvis-nost razli�nih koncentracij markerja v bolj razred�enih raztopinah soli. V vseh primerih je prevladovala linearna odvisnost, naklon linearne krivulje pa se je z razred�enjem zmanjševal, kar kaže na manjši padec intenzi-tete v manj slanih raztopinah z nižanjem tem-perature (tabela 2). V tabeli 2 je podana ob�u-tljivost raztopine fluorescina v slanici z naklonom linearne krivulje, ki opisuje odvis-nost intenzitete fluorescence od temperature



Slika 5: (a) Temperaturna odvisnost fluorescence 50 ppm raztopine fluorescentnega markerja na osnovi fluoresceina v nasi�eni raztopini NaCl. (b) Kalibracijske krivulje pri 0°C, -10°C in -20°C za markirano

sol (NaCl) z dodatkom 50 ppm fluorecentnega markerja .

Tabela 2: Ob�utljivost raztopin fluoresceina v slanici na temperaturo

fluorescein koncentracija fluorofore v mg/kg soli ali ppm 20 50 100 200 nas. raztopina NaCl 0,019 0,021 0,023 0,026 0,1 M 0,018 0,020 0,022 0,023 0,001 M 0,017 0,018 0,020 0,021 0,0001 M 0,016 0,016 0,017 0,018 30 ut. % raztopina CaCl2 0,020 0,024 0,028 0,032 22 ut. % raztopina MgCl2 0,020 0,023 0,027 0,031

4.3 Kalibracija aparature za

merjenje fluorescence Aparaturo za merjenje fluorescence smo

umerili z raztopinami z znanimi koncentraci-jami soli, ki smo jim pred razred�enjem doda-li 50 ppm fluorescentnega markerja na osnovi fluoresceina. Kalibracijo smo zaradi tempera-turne odvisnosti fluorecence izvedli pri razli-�nih temperaturah pod 0°C. Tipi�ne kalibra-cijske krivulje pri razli�nih temperaturah v koncentracijskem obmo�ju med nasi�enjem in 10-3 M markirane raztopine NaCl so prikaza-ne na sliki 5b. Ob�utljivost aparature, ki se odraža v naklonu krivulje s padajo�o tempera-turo pada. Iz predstavljenih kalibracijskih kri-vulj je mogo�e pridobiti kvantitativno oceno koncentracije soli v slanici na cestiš�u. Spod-nja meja detekcije merilnega sistema se naha-ja pod 10-3 M markirane raztopine NaCl.

4.4 Meritve koncentracije markirane soli na cesti

Nasi�eno raztopino markirane soli NaCl (50 ppm fluorescentnega markerja) smo raz-tresli po nekaj kvadratnih metrih testne povr-šine na cestiš�u z zmernim prometom. Kon-centracijo posipane, markirane soli smo zas-ledovali 10 dni v �asovnih presledkih z meri-tvami fluorescence ter jemanjem vzorcev in dolo�itvijo koli�ine kloridov v raztopini v laboratoriju s potenciometri�no titracijo. Rezultati meritev so podani v tabeli 3. V 10 dnevnem obdobju relativno stabilnega vreme-na brez padavin je na posipani površini pote-kal šibek promet. Rezultati meritev kažejo, da s fluorescen�no spektroskopijo dolo�imo okrog 40 % nižje koli�ine soli, kot z referen�-no metodo potenciometri�ne titracije. Vzroke za nastalo razliko je še potrebno raziskati in jih kvantitativno opredeliti.



Tabela 3: Meritve slanosti cestiš�a s fluorescen�no spektroskopijo in referen�no metodo potenciometri�-ne titracije

Merilno mesto koncentracija soli v g/m2 cestiš�a dolo-

�ena s fluorescenco koncentracija soli v g/m2 cestiš�a dolo-�ena s potenciometri�no titracijo

2 dan 4 dan 6 dan 8 dan

10 dan

2 dan 4 dan 6 dan 8 dan

10 dan

1 8 5 3 2 - 14 11 8 6 5 2 13 8 5 4 2 18 13 10 8 8 3 9 6 6 4 1 15 12 8 7 3 4 10 5 2 - - 17 15 8 3 1

5 Zaklju�ek Uporaba fluorescen�ne spektroskopije za

detekcijo soli na cestiš�u je popolnoma nov pristop k reševanju tega problema. V osnovi omogo�a brezkontaktno detekcijo soli na celotnem cestiš�u pod pogoji, ki so v danem trenutku na merilnem mestu. metoda omogo-�a izredno hitro meritev, ki je odvisna od flu-orescence markerja s katerim ozna�imo zrna soli pred ali med posipavanjem. Slabost metode je, da je zelo odvisna od lastnosti flu-orofore, ki jo uporabimo za markiranje soli. Na podlagi rezultatov opravljene študije smo prišli do ugotovitev, ki so podane v naslednjih to�kah: 1. Glede na izbor fluorofor je najprimernejši

marker na osnovi fluoresceina. 2. Najmanjša koncentracija markerja, ki še

zagotavlja detekcijo s flourescen�no spektroskopijo je 50 ppm ali 50 mg/kg soli.

3. Velika slabost markerja je, da je njegova flourescenca v veliki meri odvisna od temperature. Kjub temu je pri – 15 °C fluorescenca še vedno zadostna za detek-cijo z merilnimi instrumenti, ki smo jih uporabili pri tej raziskavi.

4. Kalibracija merilnega sistema v celotnem delovnem obmo�ju je precej komplicirana in jo je potrebno še dodatno izpopolniti. Predvsem je potrebno še bolj natan�no dolo�iti vse zunanje vplive, ki dolo�ajo intenziteto flourescence v danih pogojih.

5. Preizkus delovanja merilnega instrumenta na cestiš�u v realnih pogojih je pokazal, da je slanost cestiš�a mogo�e zasledovati na posameznih to�kah. Primerjava rezul-tatov meritev z referen�no metodo dolo-�anja kloridov v raztopinah je pokazala 40 % nižje vrednosti. Za nastalo razliko je potrebno najti vzrok in primerno razlago, ki bo omogo�ila razvoj modela za korigi-ranje rezultatov.

Zahvala Avtorji se zahvaljujejo za pomo� s strani

Direkcije Republike Slovenije za ceste pri izvedbi predstavljene študije, podjetju Ama-nova d.o.o. pa za razvoj merilnega instrumen-ta.

Literatura

[1] DURTH W., HANKE H., "Handbuch -

Stra�enwinterdienst", Kirschbaum Verlag GmbH, Fachverlag für Verkehr und Technik, Bonn, 2004, ISBN 3781216160.

[2] ŠVEGL F., VERBOVŠEK JUDEŽ V., "Vpliv soljenja na okolje", Zaklju�no poro�ilo - Projekt DARS, 2002-2004, Ljubljana, SI, (2004).

[3] ŠVEGL F., VERBOVŠEK JUDEŽ V., Vpliv soljenja na okolje. V: Zbornik referatov. Ljubljana: Slovenska cestna podjetja Ljublja-na, 2002, 10 str.

[4] ŠVEGL, F., VERBOVŠEK JUDEŽ, V., Sproš�anje onesnaževalcev v tla in vode ob cestiš�ih. V: Zbornik referatov. Ljubljana: Slovenska cestna podjetja, 2005, str. [93-101].cestiš�ih.

[5] BICZOK I., "Betonkorrosion Betonschutz", Bauverlag GmbH, Wiesbaden – Berlin, Germany, 1968.

[6] ŠVEGL F., CYPRA T., HOLLDORB C., KULMALA R., NYGARD M., MARCHET-TI M., RESEN-FELLIE O.-P., KAMELA R., ANDREI R., "New Developments for Winter Service on European Roads", Final Report COST Action 353 Winter Service Strategies for Increased European Road Safety, April 2008.

[7] ŠVEGL F., "New and emerging technologies to be used in witer service”, v Conference Proceedings ”New Developments for Winter Service on European Roads", Final Conferen-ce of COST 353, May 26-28th 2008, Bad Schandau, Germany, 2008, P-11 str. 1- 13

[8] ŠVEGL F., KALCHER K., KOLAR M.. In-situ detection of chlorides in capillary water



of cementitious materials with potentiometric sensors. V: MALHOTRA, V. Mohan (ur.). Eighth CANMET/ACI International Conference on Recent Advances in Concrete Technology : [Montréal, Canada, 2006],

(ACI, SP-235). Fermington Hills, Mich.: ACI, cop. 2006, str. 241-256.

[9] LAKOWICZ J.R., “Principles of fluorescence spectroscopy”, Second Edition, Kluwer Academic, New York, 1999.

Documents

Uporaba fluorescen ne spektroskopije za meritve slanosti ... · PDF filespektrofluorometri – loijo vhodno in floures-cenno svetlobo s pomojo monokromatorja z uklonsko mrežico. Slika