Optics in application to research of environmental problems with the oil like marine cargo and vessel consumables

• Autorzy: Baszanowska E. , Otremba Z.

Warianty tytułu

PL

Optyka w badaniach substancji olejowych transportowanych i eksploatowanych przez flotę morską w odniesieniu do problemów środowiskowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Oil as the cargo and exploitive materials plays quantitatively an important role in the global marine transport. Among numerous organizational issues providing of monitoring of both quality of oils used in engine ships and appearance of oil in the natural environment is necessary. Optical methods are promising because greatest changes in oil exploitive features manifest themselves in optical parameters. Additionally, if natural marine environment is considered, changes in water column are coded only in visual range of light spectrum (this type of electromagnetic field efficiently penetrate water). Therefore, it is necessary to prevent discharges into the marine water of different pollutants, especially dangerous vessel consumables such as oils or other petroleum derivatives. Developing of the knowledge about optical processes in petroleum substances and in oil-water systems is desirable. In this paper are presented the most representative results of fundamental optical properties of oil (spectra of absorptivity, refractivity and fluorescence) as well as optical properties of oil-water systems (films and emulsions). The work also presented the fundamental optical properties of oil reflects in optical properties of marine areas polluted by the dispersed oil or by the oil film.

PL

Substancje olejowe, jako towar przewozowy oraz materiały eksploatacyjne w transporcie morskim, ze względu na ich dużą masę są czynnikiem tworzącym wieloaspektową konieczność badania zagadnień z nimi związanych. Pośród licznych organizacyjnych zagadnień istotną role pełni zapewnienie kontroli jakości substancji olejowych eksploatowanych w siłowniach okrętowych, jak i zapewnienie możliwości szybkiego wykrywania tych substancji w środowisku wodnym. Szczegółowa analiza metod optycznych w badaniach olejów jest wskazana, ponieważ większość zmian właściwości oleju przejawia się w zmianach ich właściwości optycznych. Ponadto, jeżeli chodzi o środowisko naturalne, informacje o zmianach zachodzących w toni wodnej, na przykład pod wpływem substancji olejowych, przenoszone są do atmosfery za pośrednictwem pola elektromagnetycznego tylko w widzialnej części jego widma. Z tego względu istnieje potrzeba rozwoju badań optycznych zjawisk zachodzących w olejach oraz w układach olejowo-wodnych. W niniejszym artykule przedstawione są najbardziej reprezentatywne wyniki badań właściwości wybranych olejów w zakresie ich podstawowych właściwości optycznych (widma współczynnika absorpcji, współczynnika załamania oraz fluorescencji), a także w zakresie właściwości optycznych układów olejowo-wodnych (filmy i emulsje). W pracy pokazano także, w jaki sposób podstawowe właściwości optyczne olejów przekładają się na właściwości optyczne obszarów morskich zanieczyszczonych zdyspergowanym olejem bądź filmem olejowym.

Słowa kluczowe

EN

marine cargo; environmental protection; engine shipping

PL

flota morska; ochrona środowiska; siłownia okrętowa

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Logistyka
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 6
• Strony: 1779--1788
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., wykr., pełny tekst na CD

Twórcy

autor

Baszanowska E.

• Gdynia Maritime University, Faculty of Marine Engineering, Physics Department; 81-225 Gdynia; Morska Street 81-87

autor

Otremba Z.

• Gdynia Maritime University, Faculty of Marine Engineering, Physics Department; 81-225 Gdynia; Morska Street 81-87

Bibliografia

• 1. Baszanowska E., Freda W., Otremba Z., Rudź K., Stelmaszewski A., Targowski W., Toczek H., Zagadnienia fotoniki w badaniach wpływu materiałów okrętowych na środowisko morskie, Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, 2013, No. 81, 5-22.
• 2. Baszanowska E., Otremba Z., Spectral signatures of fluorescence and light absorption to identify crude oils fund in the marine environment, J. Europ. Opt. Soc. Rap. Public., 2014, Vol. 9, pp. 14029.1 – 14029.7.
• 3. Baszanowska E., Zielinski O., Otremba Z., Toczek H.: Influence of oil-in-water emulsions on fluorescence properties as observed by excitation-emission spectra, J. Europ. Opt. Soc. Rap. Public., 2013, Vol. 8, No. 13069, pp. 13069-1 - 1369-5.
• 4. Baszanowska E., Otremba Z., Toczek H., Rohde P.: Fluorescence spectra of oil after it contacts with aquatic environment, Journal of KONES Powertrain and Transport, Warsaw, Poland, 2013, Vol. 20, No. 3, pp.29-34.
• 5. Baszanowska E., Otremba Z., Rohde P., Zieliński O., Adoption of the time resolved fluorescence to oil type identification, Journal of KONES Powertrain and Transport, Warsaw, Poland, 2011, Vol. 18, No. 2, 25-29.
• 6. Baszanowska E., Otremba Z., Spectrofluorimetric characteristics of used lubricating oil, Diagnostyka, (in press).
• 7. Baszanowska E., Otremba Z., Oil identification based on total synchronous spectra, Journal of KONES Powertrain and Transport, Warsaw, Poland, 2014, Vol. 21, No. 2, pp. 15-20.
• 8. Baszanowska E., Otremba Z., Application of fluorescence to diagnose the exploitive quality of engine lube oil, Logistyka, 2014, No. 6, pp. …..
• 9. Bohren C.F., Huffman D., Absorption and scattering of light by small particles, John Wiley, New York, 1983.
• 10. Born M., Wolf E., Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light, Cambridge University Press, 2002.
• 11. Coble Paula G., Marine Optical Biogeochemistry: The Chemistry of Ocean Color, Chem. Rev., 2007, Vol. 107, Iss. 2, 402-418.
• 12. Dera J., Fizyka morza, PWN, 2003.
• 13. Drozdowska V., Freda W., Baszanowska E., Rudź K., Darecki M., Heldt J., Toczek H., Spectral properties of natural and oil polluted Baltic seawater – results of measurements and modelling, Eur. Phys. J. Special Topics, 2013, Vol. 222, No. 9, pp. 2157-2170.
• 14. Drozdowska V., Badanie zmienności widm fluorescencyjnych powierzchniowych wód morskich metodą lidarową, rozprawa doktorska, Instytut Oceanologii, PAN, Sopot, 2005.
• 15. Geddes C. D., Lakowicz J. R, Review in fluorescence 2005, Springer, 2005.
• 16. HELCOM (2014), Annual report on shipping accidents in the Baltic Sea area during 2012. pie diagram: http://helcom.fi/Lists/Publications/Annual%20report%20on%20shipping%20accidents%20in%20the%20Baltic%20Sea%20area%20during%202012.pdf
• 17. map: http://maps.helcom.fi/website/flexviewers/IllegalOilDischarges/index.html
• 18. Karpicz R., Dementjev A., Kuprionis Z., Pakalnis S., Westphal R., Reuter R. and Gulbinas V., Oil spill fluorosensing lidar for inclined onshore or shipboard operation, Applied Optics, 2006, Vol. 45, Iss. 25, 6620-6625.
• 19. Kawski A., Fotoluminescencja roztworów, Polskie Wydawnictwo Naukowe, 1992.
• 20. Lakowicz J. R., Principles of Fluorescence Spectroscopy, Springer, 1999.
• 21. Leathers R. A., Downes T. V., Davis T. O., Mobley C. D., Monte Carlo Radiative Transfer Simulations for Ocean Optics: A Practical Guide, Naval Research Laboratory No. NRL/MR/5660--04-8819
• 22. Mathew M., A comparison study of gravimetric and ultraviolet fluorescence methods for the analysis of total petroleum hydrocarbons in surface water, Civil Engineering Master's Theses, Paper 1, 2009, http://hdl.handle.net/2047/d10019236 [Online] 2014-08-04.
• 23. Otremba Z., Baszanowska E., Toczek H., Rohde P., Spectrofluorymetry in application to oil-in-water emulsion characterization, Journal of KONES Powertrain and Transport, Warsaw, Poland, 2011, Vol. 18, No. 3, 317-321.
• 24. Otremba Z. A., Modeling of the light transfer in a water column polluted with oil suspension, J. Europ. Opt. Soc. Rap. Public. 8, 2013, pp. 13067
• 25. Otremba Z., The impact on the reflectance in VIS of a type of crude oil film floating on the water surface, Optics. Express, 2000, 7, 129-134.
• 26. Otremba Z., Influence of oil dispersed in seawater on the bidirectional reflectance distribution function (BRDF), Optica Applicata, 2005, 35, 99–109.
• 27. Patra, D., Mishra, A.K., Total synchronous fluorescence scan spectra of petroleum products, Anal. Bioanal. Chem., 2002, Vol. 373, Iss. 4-5, 304–309.
• 28. Reuter R., Diebel D., Hengstermann T., Oceanographic laser remote sensing: measurements of hydrographic fronts in German Bight and in the Northern Adriatic Sea, Int. Rem. Sens., 1993, 14 (5), s. 823-848.
• 29. Rohde P., Busch J. A., Henkel R. H., Voss D., and Zielinski O., Detection and identification of hydrocarbons in marine waters using time-resolved laser-fluorescence: set-up and first results of a new submersible sensor, Proceedins OCEANS 2009 – EUROPE, Bremen, 11-14 May 2009, pp. 1- 5.
• 30. UNCTAD (United Nations Conference on Trade and Development) Structure of the world fleet, [In:] Review of maritime transport, United Nation Publications, New York & Geneva 2006
• 31. Vasilescu J., Marmureanu L., Carstea E., Cristescu C. P., Oil spills detection from fluorescence lidar measurements, 2010, U.P.B. Sci. Bull., Series A, Vol. 72, Iss. 2, 149-154.
• 32. Zielinski O., Busch J. A., Cembella A. D., Daly K. L., Engelbrektsson J., Hannides A. K. & Schmidt H., Detecting marine hazardous substances and organisms: sensors for pollutants, toxins and pathogens, Ocean Science, 2009, Vol. 5, 329-349.