DESARROLLO DE PUNTAS DESECHABLES/SELLABLES PARA SONDAS ESPECTROSCÓPICAS.

Una célula sellable para medir el espectro electromagnético de una muestra de líquido,

célula que tiene una sonda espectroscópica (1) y una tapa extraíble, desechable (4), sonda espectroscópica (1) que comprende una cabeza y, por lo menos, una fibra óptica (2, 3), y la cual tapa (4) puede alojar, por lo menos, la cabeza de la sonda espectroscópica (1), y tiene un soporte (5) de la muestra con un espejo reflectante (6) en su base, en donde la distancia entre la pared exterior de la sonda espectroscópica (1) y la pared interior de la tapa (4) es menor de 0,4 mm, en la que la pared interna de la tapa (4) comprende, por lo menos, una ranura (7) que permite que un fluido (8) escape de entre la cabeza de la sonda (1) y el soporte (5) de la muestra cuando la sonda (1) es insertada en la tapa (4)

La presente invención se refiere al desarrollo de puntas desechables/sellables para sondas espectroscópicas para medir espectros electromagnéticos, en concreto espectros en el infrarrojo cercano (NIR, near infrared).

La espectroscopía NIR es una técnica espectroscópica bien conocida, que observa específicamente las absorciones de radiación infrarroja con frecuencias por encima de 4000 cm-1. La espectroscopia NIR puede utilizarse para medir la intensidad de los matices de las vibraciones moleculares en una molécula que contiene enlaces carbono-hidrógeno, oxígeno-hidrógeno y nitrógeno-hidrógeno. Las bandas de absorción carbono-hidrógeno (C-H) son útiles típicamente para mezclas de compuestos orgánicos. Diferentes tipos de enlaces C-H, por ejemplo hidrocarburos aromáticos, alifáticos y olefínicos, absorben luz a frecuencias características diferentes. La magnitud de la banda de absorción en el espectro es proporcional al número de enlaces C-H presentes en la muestra. Por lo tanto, la espectroscopía NIR se utiliza a menudo para obtener la huella de una muestra y, correlacionando empíricamente dicha huella, pueden conocerse asimismo las propiedades intrínsecas de la muestra.

La región NIR entre 780 nanómetros (nm) y 2500 nm (12 800 a 4000 cm-1) es un área de gran interés y contiene gran cantidad de información molecular en forma de combinaciones y matices procedentes de vibraciones poliatómicas. Las técnicas matemáticas son esenciales para utilizar esta información y para calcular las propiedades deseadas. Las patentes de EE. UU. números 5 490 085; 5 452 232 y 5 475 612, por ejemplo, describen la utilización de NIR para determinar el octanaje, el rendimiento y/o las propiedades de un producto de un proceso químico o un proceso de separación a partir del análisis de las alimentaciones a dicho proceso, y los rendimientos y/o las propiedades de un producto de una operación de mezclado, de nuevo a partir del análisis de las alimentaciones al mismo.

La espectroscopia NIR puede ser aplicada a petróleos crudos y a otros flujos de refinería de hidrocarburos. Por ejemplo, los documentos WO 00/039 561 y WO 03/048 759 describen la aplicación de NIR al análisis de petróleo crudo.

El análisis de las muestras de petróleo crudo, por ejemplo, puede llevarse a cabo generando modelos quimiométricos que correlacionan datos espectrales a partir de muestras "estándar" (es decir, caracterizadas) de petróleo crudo, con las propiedades conocidas de las muestras, y aplicando a continuación dichos modelos al espectro de muestras "desconocidas" para caracterizar las propiedades de las mismas.

La "quimiometría" es la aplicación de técnicas matemáticas y estadísticas a los análisis de datos complejos, y por lo tanto "modelo quimiométrico" se refiere a un modelo generado a partir de la aplicación de dichas técnicas correlacionando datos espectrales procedentes de una muestra, con propiedades de la muestra y del camino óptico de la célula. El modelo quimiométrico determina la relación entre los datos espectrales y el camino óptico de la célula como lo haría para las propiedades químicas y/o físicas (a través de autovectores o de una matriz de covarianza).

La generación del modelo quimiométrico puede realizarse utilizando una entre diversas técnicas matemáticas y estadísticas, tal como se describe, por ejemplo, en las publicaciones “Principal Component Analysis”, de I. T. Jolliffe, Springer-Verlag, Nueva York, 1986; D. M. Halland y E. V. Thomas, Anal. Chem., 60, 1202 (1988), ó K. R. Beebe y B.

R. Kowalski, Anal. Chem., 59, 1007A (1987).

El análisis de muestras tales como petróleos crudos se realiza típicamente utilizando una célula de transmisión en la cual se introduce la muestra. Normalmente, las células tienen un camino óptico relativamente corto, de manera que se transmite una señal razonable a través de la célula. Sin embargo, dichas células requieren limpieza cuando se utilizan con sustancias tales como petróleos crudos. Esto no es en absoluto una tarea trivial cuando se utilizan células fijas (sólidas), de manera que las células desmontables son la opción preferida. Las células desmontables pueden ser desensambladas, limpiadas y a continuación reensambladas de nuevo para su reutilización.

Sin embargo, el problema que presentan las células desmontables es que durante el ensamblaje y el reensamblaje el camino óptico de la célula puede variar. Con la células que tienen un camino óptico relativamente corto, incluso cambios pequeños en el camino óptico puede tener consecuencias significativas sobre el espectro obtenido. Por ejemplo, cuando se están midiendo datos espectrales para muestras de petróleo crudo "estándar" (es decir, caracterizado) para la generación de un modelo quimiométrico adecuado que correlacione diversos perfiles de las muestras de petróleo crudo, con los datos espectrales, las variaciones en el camino óptico de la célula pueden tener efectos perjudiciales significativos sobre el modelo obtenido.

Por convención existen tres tipos principales de sondas espectroscópicas que pueden ser utilizadas dentro de las mencionadas células de transmisión; la sonda de transflexión (transmisión reflexión), la sonda ATR (attenuated total reflectance, reflectancia total atenuada) y la sonda DRIFTS (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier de reflectancia difusa). La sonda de transflexión comprende una sonda NIR que contiene dos fibras ópticas, normalmente de sílice, de forma que la luz es transmitida a una fibra que a continuación se proyecta a través de una lente/ventana en el extremo inferior de la sonda y se refleja (mediante un espejo) de vuelta a través de la ventana a la fibra de retorno. Una separación entre la ventana y el espejo (el soporte de la muestra) permite que la muestra de interés entre al haz de luz y por lo tanto se obtiene un espectro de absorción.

La sonda DRIFTS es similar a la primera, si bien no hay un espejo presente en la sonda, per se, para reflejar la luz de vuelta a la fibra de retorno y, por lo tanto, se utiliza normalmente para recoger espectros de muestras sólidas.

El documento JP 2 194 351 se refiere a la medición de muestras de petróleo utilizando un dispositivo de medición con un conducto de extracción del petróleo sobrante.

El documento US 2004/0086215 describe un dispositivo de sonda de fibra óptica que tiene un extremo de muestreo desmontable, extremo de muestreo que tiene una cámara de muestras con una superficie reflectante.

Desgraciadamente, durante el ensamblaje de la célula de transmisión para caracterizar una muestra, puesto que existe aire presente en el camino óptico, genera imprecisiones significativas en los datos obtenidos.

Los solicitantes consideran que la presente invención da a conocer un aparato que, en primer lugar, permite que la muestra de líquido sea sellada en el interior de la célula y que se mantenga ventajosamente a temperaturas y presiones elevadas y, en segundo lugar, permite que la medición espectroscópica de las muestras de líquido se realice con un grado mayor de precisión, al eliminar el aire del camino óptico y/o impedir que entre aire en el camino óptico.

Por lo tanto, la presente invención se refiere a una célula sellable para medir el espectro electromagnético de una muestra de líquido, tal como se define mediante la reivindicación independiente 1. La utilización de esta célula se define mediante la reivindicación independiente 12.

De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, la sonda espectroscópica comprende dos fibras ópticas de sílice, una de las cuales permite que la radiación electromagnética (por ejemplo, radiación infrarroja o casi infrarroja) sea transferida desde una fuente a la muestra, y la otra es para recibir la radiación transmitida y/o reflejada desde la muestra. Preferentemente, la sonda es cilíndrica.

La sonda puede estar fabricada de cualquier material apropiado, preferentemente metal, más preferentemente acero inoxidable. Preferentemente, la sonda es cilíndrica, en la cual el diámetro de la sección transversal, D, es preferentemente mayor de 1,5 mm y menor de 30 mm; mas preferentemente, mayor de 6 mm y menor de 7 mm; y en el caso más preferente mayor de 6,2 mm y menor de 6,6 mm.

La tapa desmontable de la sonda espectroscópica comprende un soporte de muestras... [Seguir leyendo]

1. Una célula sellable para medir el espectro electromagnético de una muestra de líquido, célula que tiene una sonda espectroscópica (1) y una tapa extraíble, desechable (4), sonda espectroscópica (1) que comprende una cabeza y, por lo menos, una fibra óptica (2, 3), y la cual tapa (4) puede alojar, por lo menos, la cabeza de la sonda espectroscópica (1), y tiene un soporte (5) de la muestra con un espejo reflectante (6) en su base, en donde la distancia entre la pared exterior de la sonda espectroscópica (1) y la pared interior de la tapa (4) es menor de 0,4 mm, en la que la pared interna de la tapa (4) comprende, por lo menos, una ranura (7) que permite que un fluido (8) escape de entre la cabeza de la sonda (1) y el soporte (5) de la muestra cuando la sonda (1) es insertada en la tapa (4).

2. Una célula sellable acorde con la reivindicación 1, en la que dicha, por lo menos, una ranura (7) en la pared interna de la tapa (4) se extiende desde el soporte (5) de la muestra hasta la parte superior de la tapa (4).

3. Una célula sellable acorde con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que la tapa (4) es más estrecha que la sonda espectroscópica (1).

4. Una célula sellable acorde con la reivindicación 3, en la que la tapa (4) es hasta 0,4 mm más estrecha que la sonda espectroscópica (1).

5. Una célula sellable acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la cabeza de la sonda espectroscópica (1) es más ancha que el soporte (5) de la muestra.

6. Una célula sellable acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la sonda espectroscópica (1) y la tapa (4) son cilíndricas, y el diámetro de la sonda espectroscópica es mayor de 1,5 mm y menor de 30 mm.

7. Una célula sellable acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la tapa (4) está fabricada de teflón, polipropileno o polietileno.

8. Una célula sellable acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el área en sección transversal de la ranura (7) es, por lo menos, de 0,1 mm².

9. Una célula sellable acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el espejo reflectante (6) está fabricado de aluminio.

10. Una célula sellable acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la sonda espectroscópica (1) comprende dos fibras ópticas (2, 3) de sílice.

11. Una célula sellable acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la sonda (1) es una sonda DRIFTS

12. Utilización de una célula sellable acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, para mediciones espectroscópicas de una muestra de líquido (8).

13. Utilización acorde con la reivindicación 12, en la que la muestra (8) de líquido contiene sustancias volátiles.

14. Utilización acorde con la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en la que las mediciones espectroscópicas son mediciones espectroscópicas NIR.

15. Utilización acorde con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en la que la muestra (8) de líquido es petróleo crudo, crudo sintético, un biocomponente, una corriente intermedia, o mezclas de uno o varios de los mismos.

16. Utilización acorde con la reivindicación 15, en la que la muestra (8) de líquido es una corriente intermedia seleccionada entre un residuo, gasoil, gasoil de vacío, nafta, material craqueado, y mezclas de uno o varios de los mismos.

17. Utilización acorde con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en la que la muestra (8) de líquido se selecciona entre combustibles, lubricantes, polímeros (polímeros líquidos o fusiones de polímeros) y productos petroquímicos que son propensos a ensuciarse.