Aparato para el análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas.

Esta invención consiste en un aparato para el análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza la técnica de análisis por colorimetría.

El aparato descrito realiza de forma autónoma la toma de muestra, preparación de ésta, cultivo, lectura de resultados y envío de los datos de forma remota. Para ello se basa en técnicas de colorimetría para el recuento de coliformes en muestras de agua mediante el método del número más probable. El aparato se compone de una parte mecánica, encargada de la gestión y manipulación de todos los elementos, cultivo de la muestra y toma de imágenes; una parte hidráulica, encargada de gestionar los líquidos implicados en el proceso, y un dispositivo de envío de datos.

Aparato para el análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas 5 Sector de la técnica

La presente invención se sitúa en el sector de aparatos de análisis de aguas, más concretamente en el de los aparatos de análisis de la calidad microbiana o bacteriológica de las aguas. La presente invención describe como realizar dicho análisis de un modo 10 automatizado, integrando los componentes necesarios para la preparación de la muestra, el análisis de los resultados y el tratamiento informático de los resultados. Como resultado se obtienen la automatización de la tarea y el funcionamiento como módulo autónomo de análisis que puede incorporarse a equipos más complejos de análisis multiparamétrico.

Estado de la técnica

Tradicionalmente el análisis de la calidad microbiológica del agua potable o de baño se lleva a cabo mediante el recuento de coliformes. Este procedimiento normalmente 20 implica la toma de una muestra en el lugar elegido y su traslado al laboratorio para el análisis posterior de la misma por parte de personal técnico cualificado.

Este análisis incluye generalmente una etapa de preparación de un caldo de cultivo que permite el desarrollo de un tipo de bacteria en particular y la incubación de este caldo a 25 una temperatura controlada durante un tiempo determinado que fomente el desarrollo de las colonias bacterianas deseadas y que contiene un indicador de nutriente. Este indicador de nutriente incluye fuentes de nutrientes unidas a o conjugadas con cromógenos. Los indicadores de nutriente se metabolizan de forma óptima durante los periodos de crecimiento, que al liberar un cromógeno provoca un cambio característico 30 y detectable en la muestra Los cromógenos incluyen cualquier resto que produce un cambio de color observable en la región del visible o ultravioleta cuando se excita apropiadamente mediante la fuente de energía apropiada. Los ejemplos incluyen restos ortonitrofenilo, fenolñaleína y 4-metilumbeliferona. Aunque el indicador de nutriente puede proporcionar la única fuente de un nutriente esencial, pueden proporcionarse 35 otras fuentes de tales nutrientes (Patente española ES2305912-T3).

La razón de este proceso es proporcionar un crecimiento controlado de colonias bacterianas de la especie que se desea cuantificar, de modo que sea más fácil cuantificarlas. Al haber fomentado el crecimiento de una forma controlada, es posible 40 determinar el recuento bacteriano de la muestra de origen por el cambio de color de la muestra.

Uno de los métodos de recuento de coliformes en muestras de agua más empleado, utiliza el método del Número Más Probable (NMP) descrito en "Guidelines Establishing 45 Test Procedures for the Analysis of Pollutants; Analytical Methods for Biological Pollutants in Wastewater and Sewage Sludge: Final Rule [EPA-HQ-0W-2004-0014; FRL-8228-1] RIN 2040-AE68, in document 40 CFR Parts 136 and 503, US Environmental Protection Agency)" y con anterioridad en "Compendium of methods for the Microbiological Examination on Water and Wasterwater (8a edición, 1992)". En este

procedimiento, un volumen de una muestra de agua, se reparte en varios tubos (por ejemplo 10 tubos de 10 x 10, conteniendo, cada uno de ellos 10 mi) y se permite que crezcan bacterias en cada tubo. Tras la incubación, a una temperatura específica, se cuentan los tubos. El número más probable se determina utilizando la fórmula

NMP/100ml=P x 100/(Nx T) A( 1 /2)

En donde P es el número de tubos positivos, N es el volumen de la muestra en mi en los tubos negativos, T es el volumen de la muestra en todos los tubos y NMP es el número más probable. La confianza del método aumenta con el número de tubos empleados.

Este procedimiento del Número Más Probable ha sido utilizado en la invención que describe la patente española ES2201099, en la que se cuantifica el número de bacterias en una muestra de líquido empleando un dispositivo consistente en un recipiente equipado con entre 40-60 pocilios transparentes, de fácil llenado y sellado con forma de tableta. El recuento del número de pocilios conduce aplicando el método NMP a la cuantificación por comparación con unos patrones de referencia

Este proceso precisa de una considerable aportación de factor humano y de cierto coste y tiempo para obtener los resultados, ya que las muestras se tratan individualmente por parte del personal de laboratorio que realiza la lectura de los resultados. Para mejorar la eficacia resulta de mucho interés la automatización de la tarea, tanto por el considerable ahorro de tiempo que conlleva para el personal técnico, como para aumentar el número de muestras analizadas.

Descripción

Este documento describe un aparato para el análisis automatizado de la calidad biológica de aguas que utiliza el recuento de coliformes. El sistema descrito realiza de forma autónoma la toma de muestra, preparación de esta, cultivo, lectura de resultados y análisis de los mismos. Para ello se basa en técnicas de tratamiento de imágenes para el recuento de coliformes en muestras de agua mediante el método del Número más Probable, utilizando elementos comerciales y reproduciendo el trabajo de un técnico de laboratorio de forma automática. Los datos de las medidas se obtienen en formato digital, lo que hace muy versátil sü tratamiento. El sistema se compone de varias partes: la parte mecánica, encargada de la gestión y manipulación de todos los elementos, cultivo de la muestra y toma de imágenes; la parte hidráulica, encargada de gestionar los líquidos implicados en el proceso y la parte de procesado de imagen encargada de reconocer los colores de las celdas de cultivo y de decidir si en ellas se ha desarrollado o no el cultivo de bacterias.

Los elementos necesarios para llevar a cabo el análisis son:

- microviales o celdas de cultivo 203 donde se realiza el cultivo de la muestra y lectura de los resultados,

- blíster 202 en el que su ubican los microviales de cultivo;

- vial de mezcla 204, donde se introduce el agua a analizar y se realiza la mezcla con el extracto seco de nutrientes para formar el caldo de cultivo

- una cámara de cultivo o incubadora en la que se aplica temperatura adecuada durante un tiempo determinado de modo que se desarrollen las colonias

bacterianas en el caso de que existan estas bacterias en el agua a analizar.

Para la realización del análisis se utiliza:

- Un sistema de alimentación automático que gestiona los diferentes elementos

desechables, tanto los no usados como los usados, e introduce y saca los blísters

de la cámara de cultivo

- Un sistema hidráulico que realiza una gestión precisa de los líquidos implicados en el proceso manteniendo la exactitud en las proporciones necesaria para el proceso.

- Un sistema de agitación para conseguir la adecuada mezcla del agua con el

extracto seco de nutrientes ya precargado en el vial de mezcla.

- Un sistema de reparto del caldo en las celdas de cultivo y aislamiento del agua de cada celda.

- Un sistema electrónico de control de la temperatura y el tiempo de cultivo en la

incubadora.

- Un sistema de iluminación y toma de imagen que obtiene las imágenes de las celdas de cultivo en el blíster.

- Un sistema de procesado de imagen que analiza esas imágenes comparándolas con una referencia de umbrales y obtiene los NMP de coliformes totales y

coliformes fecales.

- Un sistema de comunicación que transmite la información obtenida (imágenes y/o NMP's a un ordenador o sistema de comunicación extemo.

- Un sistema de alimentación eléctrico que provee de energía a todos los sistemas anteriores.

El sistema de alimentación automático comprende un carrusel circular, similar al de un proyector de diapositivas, que contiene los casettes que se introducen en la incubadora para hacer el análisis de aguas y se devuelven al carrusel una vez han sido usados. El carrusel contiene los casettes preparados para su uso y los ya usados tras haber pasado 30 por la incubadora. Dispone de un motor y uá sistema de control para el movimiento del carrusel y de otro motor con su sistema de control para la introducción del casette en la incubadora y su retirada posterior de vuelta al carrusel una vez analizada el agua.

Cada casette contiene un marco en el que va enganchado un blíster conectado con el catéter de trasvase al vial de mezcla y los viales de mezcla precargados con el extracto 3 5 seco de nutrientes. Todo el conjunto está perfectamente aislado e higienizado.

El sistema hidráulico está formado por una parte mecánica (que se encarga de clavar dos agujas en el tapón de goma del vial de mezcla) y por una parte hidráulica...

1.-Aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza la técnica de análisis por colorimetría, que comprende 5

a) un plato portador de muestras dispuesto para su rotación alrededor de un eje vertical dotado de una serie de separadores de que alojan recipientes destinados a contener muestras, que cuenta con medios de transporte para llevar los recipientes a una cámara de termostatización;

b) medios hidráulicos para la toma y preparación de muestras, y transporte de líquidos hasta los recipientes destinados a contener muestras;

c) una cámara para termostatización de la muestra; que contiene medios para la iluminación de la muestra y medios para la toma de imágenes de la muestra;

d) medios para el análisis digital de las imágenes.

2,-Aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza la técnica de análisis por colorimetría, según reivindicación 1, que comprende un bastidor (103), donde se aloja un motor (109) que mueve un tambor giratorio (106) que contiene una serie de recipientes destinados a contener muestras (108) en espacios 20 separados, un sistema de desplazamiento lineal (107), una cámara incubadora (105) que mantiene las condiciones de temperatura deseadas en el interior y que contiene un sistema de sellado del blíster (304) , un sistema de iluminación y un sistema toma de imágenes (303).

3.- Aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza

la técnica de análisis por colorimetría, según reivindicación 1-2, en el que los elementos desechables para el análisis (108) comprenden un blíster (203), un soporte marco (201) al que está sujeto un vial de mezcla (204) unido al blíster a través de un tubo (205) que permite el paso del caldo de cultivo desde el vial de mezcla hacia el blíster.

4.- Aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza la técnica de análisis por colorimetría, según reivindicación 1-3, en el que el sistema de transporte de líquidos comprende una bomba (405) que aspira la muestra de agua a analizar a través de una toma de muestreo (403), un tubo (406) que une la bomba con la

aguja que inyecta la muestra en el vial de mezcla (204).

5.- Aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza la técnica de análisis por colorimetría, según reivindicación 4, en el que el sistema de transporte de líquidos comprende además una bomba (401) que suministra agua

destilada procedente de un depósito (402) para dilución de muestras marinas.

6.- Aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza la técnica de análisis por colorimetría, según reivindicaciones 1-5, caracterizado por detectar la presencia de microorganismos por cultivo e incubación de la muestra con un

caldo de cultivo que contiene un indicador de nutriente que libera un cromógeno que colorea la muestra.

7.- Aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza la técnica de análisis por colorimetría, según reivindicaciones 1-6, caracterizado por

cuantificar el número de microorganismos en una muestra según el procedimiento del Número Más Probable, empleando un dispositivo consistente en un recipiente equipado con entre 40-60 pocilios transparentes, susceptible de llenado y sellado automático.

8.- Aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza

la técnica de análisis por colorimetría, según reivindicaciones 1 -4, caracterizado por realizar el análisis de resultados por comparación de imágenes de los recipientes destinados a contener muestras con imágenes de referencia.

9. Aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas que utiliza

la técnica de análisis por colorimetría, según reivindicaciones 1-8, caracterizado por funcionar como.módulo autónomo de análisis en una boya para análisis de aguas in situ.

10. Uso del aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas

según reivindicaciones 1 -8, para análisis de aguas in situ en cualquier tipo de boyas.

11. Uso del aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas según reivindicaciones 1 -8, para el análisis de microorganismos.

12. Uso del aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas

según reivindicación 1-8, para el análisis de bacterias coliformes.

13. Uso del aparato para análisis automatizado de la calidad microbiológica de aguas según reivindicación 1-8, para el análisis de bacterias coliformes fecales y totales.