MÓDULO Y PROCEDIMIENTO PARA LA MEDIDA DE CLOROFILA Y OTROS PIGMENTOS MEDIANTE LA DETERMINACIÓN DE LA FLUORESCENCIA LAMBDAS DISCRETAS PARA APLICACIONES DE CONTROL DE CALIDAD DE AGUAS.

Procedimiento y módulo óptico integrable en una sonda para la medida de clorofila y otros pigmentos mediante la determinación de la fluorescencia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas provisto de unos medios de emisión (4) ópticos,

para emitir una señal óptica (5), en dirección a una muestra (2) de fluido susceptible de contener clorofila u otros pigmentos. La señal óptica (5) se separa en una primera parte de la señal óptica (5a) y una segunda parte de la señal óptica (5b) que se dirige hacia la muestra. La señal óptica de fluorescencia (5c) emitida por la muestra se recibe mediante unos segundos medios de recepción (7b) ópticos, formando la señal óptica de fluorescencia que se recibe por los segundos medios de recepción ópticos un primer ángulo ({al}) agudo con la dirección de máxima radiación de la segunda parte de la señal óptica (5b).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201131171.

Solicitante: ADASA SISTEMAS, S.A.U.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CROS HERRERO,JORDI, PUJADAS ESCORIHUELA,MIQUEL, BATLLE RIBAS,Montserrrat, NOVELLA FLORE,Oliver.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01N21/64 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Fluorescencia; Fosforescencia.
  • G01N21/85 G01N 21/00 […] › Análisis de fluidos o sólidos granulados en movimiento.
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MÓDULO Y PROCEDIMIENTO PARA LA MEDIDA DE CLOROFILA Y OTROS PIGMENTOS MEDIANTE LA DETERMINACIÓN DE LA FLUORESCENCIA LAMBDAS DISCRETAS PARA APLICACIONES DE CONTROL DE CALIDAD DE AGUAS.

Fragmento de la descripción:

Módulo y procedimiento para la medida de clorofila y otros pigmentos mediante la determinación de la fluorescencia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas. Sector técnico de la invención La invención se refiere a un procedimientoyaun módulo óptico integrable en una sonda para la medida de clorofila y otros pigmentos mediante la determinación de la fluorescencia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas. Antecedentes de la invención Para efectuar el control de calidad de aguas, y más concretamente en embalses y lagos, la medida de la clorofila permite determinar el contenido de fitoplancton, existiendo dichos dispositivos que permiten medir la clorofila.

En dichos dispositivos se determina la cantidad de clorofila en una muestra de líquido haciendo incidir luz a la muestra y realizando mediciones de emisiones a longitudes de onda específicas y diferentes de la excitación, como por ejemplo excitando a 430 nm y midiendo a 663 nm, tal y como se describe en el método ESS 10200H. La molécula de clorofila tiene la capacidad de excitarse al absorber la energía lumínica a 430 nm, la energía del estado excitado solo puede mantenerse durante un corto periodo de tiempo, decayendo y recuperando el estado de reposo que como resultante conlleva la emisión de energía en forma de luz a 663 nm. Este fenómeno se conoce como fluorescencia que no es más que la capacidad de determinadas moléculas de emitir luz a una longitud de onda específica después de ser excitadas a una longitud de onda determinada.

Otros pigmentos ficobilínicos como la Ficocianina permiten la detección de algas azules-verdosas, entre las que se encuentran las cianobacterias, que son tóxicas. Dicho pigmento también es fluorescente, emitiendo cerca de 650 nm al ser excitado con una luz anaranjada, cerca de 620 nm.

Para realizar las mediciones de la fluorescencia a las diferentes longitudes de onda deseadas se utilizan diferentes detectores dotados de filtros de banda pasante a las longitudes de onda de interés.

Aunque se puede obtener la variación de la señal óptica directamente a partir del valor de emisión resultante tras su paso por la muestra, es recomendable contrastarla con una tensión de referencia de la señal óptica emitida, previa a su paso por la muestra, tal y como se describe en el documento de patente JP9304272. No obstante esta tensión de referencia irá variando a lo largo del tiempo de vida de los medios de emisión ópticos, impidiendo que las etapas posteriores de procesado puedan disponer de una tensión de referencia constante e idónea para calcular la fluorescencia de la muestra, además de requerir una fase previa de calibración.

Es conocido el dispositivo descrito en el documento de patente US5593854 que permite la medida de una señal de fluorescencia generada por una muestra al incidir en ella una señal óptica emitida por un led, alimentada por un tren de pulsos. Dicho dispositivo permite el ajuste de la frecuencia del tren de pulsos que modulan la señal óptica para mantener constante la relación entre la componente AC y DC de la señal de fluorescencia, siendo el valor de dicho ajuste de frecuencia proporcional al crecimiento bacteriano en la muestra. No obstante, a lo largo del tiempo de vida del led, la señal óptica emitida por éste se irá degradando, disminuyendo progresivamente la potencia emitida al alimentarlo con el mismo tren de pulsos, por lo que disminuirá el tiempo de vida útil del led o se deberá calibrar periódicamente la relación entre la componente AC y DC de la señal de fluorescencia deseada. El dispositivo descrito en el documento de patente US5593854 no evita que parte de la señal óptica emitida por el led sea recibida juntamente con la señal de fluorescencia, incrementándose la posibilidad de que ésta interfiera la medición de la fluorescencia.

Algunos dispositivos conocidos para medir la fluorescencia u otros parámetros ópticos utilizan conversores analógico-digital de modo que las señales pueden ser procesadas digitalmente. En consecuencia, se consigue una mejor resolución en los valores de medición, pero el uso de componentes digitales encarece significativamente el dispositivo y requiere más componentes electrónicos con el consiguiente incremento de consumo eléctrico y volumen de almacenamiento. Al estar destinado estos dispositivos a instalarse en estaciones remotas de control de calidad de agua, es preferible disponer de dispositivos que aunque no tengan tanta resolución en sus valores de medición tengan un consumo más moderado y puedan ser instalados en carcasas compactas.

La presente invención intenta superar los problemas mencionados anteriormente para proporcionar un módulo óptico para la medida de clorofila y otros pigmentos mediante la determinación de la fluorescencia compacto y barato. Explicación de la invención

El procedimiento de la presente invención para la medida de clorofila y otros pigmentos mediante la determinación de la fluorescencia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas es de los que comprenden los pasos de generar una señal de alimentación eléctrica con una componente continua y una componente sinusoidal a una primera frecuencia; alimentar con dicha señal de alimentación unos medios de emisión ópticos, para emitir una señal óptica, en dirección a una muestra de fluido susceptible de contener clorofila u otros pigmentos, teniendo la portadora de dicha señal óptica una primera longitud de onda predefinida y siendo la moduladora de dicha señal óptica la señal de alimentación; separar dicha señal óptica en una primera parte de la señal óptica, que se dirige a unos primeros medios de recepción ópticos, y una segunda parte de la señal óptica que se dirige hacia la muestra; recibir la primera parte de la señal óptica mediante los primeros medios de recepción ópticos, en base a la primera longitud de onda, y recibir la señal óptica de fluorescencia mediante unos segundos medios de recepción ópticos en base a la longitud de onda de fluorescencia.

En esencia, la señal óptica de fluorescencia que se recibe por los segundos medios de recepción ópticos forma un primer ángulo agudo con la dirección de máxima radiación de la segunda parte de la señal óptica y porque comprende además los pasos de procesar la señal obtenida por los primeros medios de recepción ópticos para obtener una tensión de referencia proporcional a la amplitud de la componente sinusoidal a la primera frecuencia; y procesar la señal obtenida por los segundos medios de recepción ópticos para obtener una tensión de fluorescencia proporcional a la amplitud de la componente sinusoidal a la primera frecuencia; y comparar la tensión de fluorescencia con la tensión de referencia para obtener un valor relativo de la fluorescencia; y si la tensión de referencia disminuye por debajo del valor inicial de dicha tensión de referencia, incrementar la señal de alimentación eléctrica para que la tensión de referencia obtenida se mantenga constante. De esta manera se evita la interferencia creada por la disminución de la segunda parte de la señal óptica sobre la señal de fluorescencia, además de aumentar la intensidad de la señal de alimentación para conseguir que la potencia emitida por los medios de emisión se mantenga constante y, ventajosamente, se obtenga la misma tensión de referencia durante toda la vida útil de los medios de emisión ópticos. Así se evita que dicha tensión de referencia se degrade, por ejemplo al envejecer los medios de emisión ópticos.

En una variante de interés, el primer ángulo de 35 grados, minimizando la interferencia creada por la segunda parte de la señal óptica sobre la señal de fluorescencia por su reflexión y refracción en la muestra.

En una variante de interés, el procesado de la señal obtenida por los primeros y segundos medios de recepción ópticos comprende una primera etapa de demodulación coherente de la señal mediante la primera frecuencia y una segunda etapa de filtrado paso bajo para obtener la componente continua de la señal de salida de la etapa de demodulación coherente, que permiten discriminar otras señales interferentes que podrían haber sido captadas por los medios de detección.

En una variante, la primera longitud de onda y la longitud de onda de fluorescencia son diferentes, evitándose interferencias en la recepción.

Según otra característica, la primera longitud de onda es de 430 nm y la longitud de onda de fluorescencia es de 680 nm, siendo dichas longitudes de onda adecuadas para detectar la clorofila.

En otra variante de interés, la primera longitud de onda es de 620 nm y la longitud de onda de fluorescencia es de 650 nm, siendo...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la medida de clorofila y otros pigmentos mediante la determinación de la fluorescencia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas que comprende los pasos de:

-generar una señal de alimentación (13) eléctrica con una componente continua y una componente sinusoidal a una primera frecuencia;

-alimentar con dicha señal de alimentación unos medios de emisión (4) ópticos, para emitir una señal óptica (5) , en dirección a una muestra

(2) de fluido susceptible de contener clorofila u otros pigmentos, teniendo la portadora de dicha señal óptica una primera longitud de onda predefinida y siendo la moduladora de dicha señal óptica la señal de alimentación;

-separar dicha señal óptica (5) en una primera parte de la señal óptica (5a) , que se dirige a unos primeros medios de recepción (7a) ópticos, y una segunda parte de la señal óptica (5b) que se dirige hacia la muestra;

-recibir la primera parte de la señal óptica mediante los primeros medios de recepción ópticos, en base a la primera longitud de onda, y recibir la señal óptica de fluorescencia (5c) mediante unos segundos medios de recepción (7b) ópticos en base a la longitud de onda de fluorescencia; caracterizado porque la señal óptica de fluorescencia se recibe por los segundos medios de recepción ópticos formando un primer ángulo (α) agudo con la dirección de máxima radiación de la segunda parte de la señal óptica (5b) y porque comprende además los pasos de:

-procesar la señal obtenida por los primeros medios de recepción ópticos para obtener una tensión de referencia (10a) proporcional a la amplitud de la componente sinusoidal a la primera frecuencia; y

-procesar la señal obtenida por los segundos medios de recepción ópticos para obtener una tensión de fluorescencia (10b) proporcional a la amplitud de la componente sinusoidal a la primera frecuencia; y

-comparar la tensión de fluorescencia con la tensión de referencia para obtener un valor relativo de la fluorescencia (20) ; y si la tensión de referencia disminuye por debajo del valor inicial de dicha tensión de referencia, incrementar la señal de alimentación eléctrica para que la tensión de referencia obtenida se mantenga constante.

2. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque dicho primer ángulo (α) esde 35 grados.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el procesado de la señal obtenida por los primeros y segundos medios de recepción (7a, 7b) ópticos comprende una primera etapa de demodulación coherente de la señal mediante la primera frecuencia y una segunda etapa de filtrado paso bajo para obtener la com

ponente continua de la señal de salida de la etapa de demodulación coherente.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera longitud de onda y la longitud de onda de fluorescencia son diferentes.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera longitud de onda es de 430 nm y la longitud de onda de fluorescencia es de 680 nm.

6. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la primera longitud de onda es de 620 nm y la longitud de onda de fluorescencia es de 650 nm.

7. Módulo (1) para la medida de clorofila y otros pigmentos mediante la determinación de la fluorescencia a lambdas discretas para aplicaciones de control de calidad de aguas para medir parámetros físicoquímicos de una muestra (2) de líquido que comprende:

-unos medios de alimentación (3) , adaptados para generar una señal de alimentación (13) eléctrica, dotados de un limitador de corriente;

-unos medios de emisión ópticos (4) , adaptados para generar una señal óptica (5) a una primera longitud de onda;

-unos medios para la contención (12) de una muestra de líquido;

-unos medios de separación (6) ópticos adaptados para dirigir una primera parte de la señal óptica (5a) hacia unos primeros medios de recepción (7a) ópticos, y una segunda parte de la señal óptica (5b) hacia los segundos medios de recepción (7b) ópticos;

-unos primeros medios de recepción ópticos (7a) adaptados para recibir radiación electromagnética a la primera longitud de onda;

-unos segundos medios de recepción (7b) ópticos adaptados para recibir radiación electromagnética a una longitud de onda de fluorescencia; caracterizado porque la dirección de máxima recepción de los segundos medios de recepción (7b) ópticos forman un primer ángulo (α) agudo con la dirección de máxima radiación de la segunda parte de la señal óptica (5b) y porque comprende además:

-unos medios de detección (8a, 8b) del valor de la amplitud de la componente alterna de la señal de salida de los primeros y segundos medios de recepción ópticos a la primera frecuencia, determinando una tensión de referencia (10a) y una tensión de fluorescencia (10b) respectivamente;

-unos medios de comparación (9) para establecer la relación entre los valores de dicha tensión de referencia y dicha tensión de fluorescencia; y

-unos medios compensadores (14) de la corriente de los medios de alimentación (11) , para aumentar la señal de alimentación (13) eléctrica generada por dichos medios de alimentación para que la tensión de referencia (10a) se mantenga constante.

8. Módulo (1) según la reivindicación anterior, caracterizado porque el primer ángulo (α) es de 35 grados.

9. Módulo (1) según la reivindicación anterior, caracterizado porque los medios de detección (8a, 8b) comprenden sendos amplificadores de lock-in (18a, 18b) .

10. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones7a9 caracterizado porque los medios de contención (12) , en posición operativa, forman un segundo ángulo (β) de entre0y45 grados con la

horizontal.

11. Módulo según la reivindicación anterior, caracterizado porque el segundo ángulo (β) esde10 grados.

12. Módulo (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque el elemento emisor es un diodo led.

13. Módulo (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque el elemento emisor es un láser.

14. Sonda (101) sumergible que comprende al menos un módulo (1) según una cualquiera de las reivindicaciones7a13.


 

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