Maquina de analisis de flujo segmentado para la monitorizacion in situ de muestras de agua mediante tecnicas de fluorimetria y colorimetria.

1. Máquina de análisis de flujo segmentado para la monitorización in situ de muestras de agua mediante técnicas de fluorimetría o colorimetría formado por:

- un conjunto de reservorios o tomas que contienen o de donde se toman las muestras objeto del análisis fluorimétrico o colorimétrico, los reactivos necesarios para el análisis y los fluidos necesarios para la limpieza de las canalizaciones del sistema.

- una bomba que aspira los fluidos que intervienen en el proceso de análisis.

- un conjunto de válvulas que permiten o impiden el paso de los fluidos que intervienen en el proceso de análisis.

- una cubeta donde se produce la reacción entre la muestra objeto del análisis y los reactivos necesarios para dicho análisis.

- un portacubetas que contiene la cubeta y al que se acoplan unos medios emisores y receptores de luz cuyo tipo depende de la naturaleza del análisis que se quiera realizar en cada caso.

- un conjunto de canalizaciones por el que circulan los fluidos que intervienen en el proceso de análisis.

- un controlador o conjunto de controladores con la electrónica y el software necesario que alimentan y rigen el comportamiento de la bomba, las válvulas y los medios de emisión y recepción de luz.

Caracterizada porque:

- la bomba siempre gira en el mismo sentido.

- la cubeta tiene dos tomas o puertos (superior e inferior).

- tanto el llenado como el vaciado de la cubeta se produce por la toma inferior de la misma.

a. Título de la invención.

Máquina de análisis de flujo segmentado para la monitorización in situ de muestras de agua mediante técnicas de fluorimetría y colorimetría

b. Indicación del sector de la técnica.

El sector en el que se encuadra la invención es el de instrumentos de análisis de la calidad de aguas potables y residuales.

c. Indicación del estado de la técnica.

El estado de la técnica está determinado por los sistemas de análisis de flujo segmentado (SFA, segmented flow analysis). El análisis de flujo segmentado fue inventado en el año 1957 por el Dr. Leonard Skeggs y fue comercializado bajo la marca AutoAnalyzer por la Technicon Corporation.

Los sistemas de análisis de flujo segmentado están caracterizados por la utilización de burbujas de aire para minimizar la contaminación entre muestras en ensayos consecutivos y favorecer la mezcla entre los reactivos y dichas muestras. Normalmente, los métodos analíticos utilizados en los sistemas de análisis segmentado son de tipo fotométrico, aunque se dan casos de utilización de otras técnicas como el electrodo selectivo de iones [1],

Como antecedentes se pueden distinguir aquellas descripciones de sistemas desarrollados en el ámbito académico para llevar a cabo determinados estudios científicos y desarrollos industriales orientados a su aplicación comercial.

En [2] se tiene la descripción de un sistema basado en la combinación de instrumental de laboratorio para demostrar un procedimiento concreto de análisis (detección de trazas de aluminio mediante fluorimetría mediante morina). Los componentes utilizados son de instrumentos de laboratorio (bomba de banco, espectrofotómetro de fluorescencia) lo cual hace inviable su uso práctico a un coste moderado, hecho que se pone de manifiesto también en el encargo de una cubeta de reacción a medida de tres puertos.

Por otra parte [3] tenemos este antecedente de desarrollo industrial basado en técnicas colorimétricas exclusivamente y que usa un LED como iluminador y un agitador para la cubeta. Característico es también el uso de varias bombas peristálticas.

[1] Coakly, William A., Handbook of AutomatedAnalysis, Mercel Dekker, 1981 p 61

[2] Ana Paula S. Paim, Boaventura F. Reis, Víctor A. Vitorello, Automatic Fluorimetric Procedure for the Determination of Aluminium in Plant Nutrient Solution and Natural Water Employing a Multicommutated Flow System, Microchimica Acta, June 2004, Volume 146, Issue 3-4, pp 291-296

[3] http://www.metrohm-applikon.com/Downloads/APPK ALERT 2011 FC LR.pdf

d. Descripción de la invención.

La máquina objeto de reivindicación consta de las siguientes partes: un sistema hidráulico, un sistema optoelectrónico, un sistema de control.

El sistema hidráulico consta de una serie de reservorios o tomas (1) a presión atmosférica de los que se aspiran mediante una única bomba (2) las muestras susceptibles de análisis, los reactivos necesarios para llevar a cabo el proceso de análisis, los patrones necesarios para la calibración de la máquina y los productos necesarios para la limpieza del sistema hidráulico, tales como detergentes, ácidos, agua, etc. Dichos reservorios (1) están conectados mediante sus respectivas canalizaciones (3) a un mismo punto de confluencia (4). El flujo desde los reservorios (1) al punto de confluencia (4) está controlado por sus respectivas válvulas (5). A dicho punto de confluencia (4) está conectada también una toma de aire a presión atmosférica (6) mediante su canalización (7) controlada por la válvula (8). El punto de confluencia (4) está conectado a la entrada de un serpentín (10) opcional mediante canalización (9). El serpentín (10) favorece la mezcla de muestras y reactivos.

La salida del serpentín (10) está conectada mediante canalización (11) a un punto de confluencia (12). El punto de confluencia (12) está conectado mediante canalización (13) al puerto inferior de la cubeta (14). El punto de confluencia (12) está conectado mediante canalización (15) al punto de confluencia (16). El flujo que pasa por la canalización (15) está controlado mediante la válvula (17). El punto de confluencia (16) está conectado mediante canalización (18) al punto de confluencia (19). El flujo que pasa por la canalización (18) está controlado mediante la válvula (20). El punto de confluencia (16) está conectado a la canalización (21) que atraviesa la bomba (2) y desemboca en el desagüe o depósito de residuos (22). El punto de confluencia (19) está conectado al puerto superior de la cubeta (14) mediante la canalización (23). El punto de confluencia (19) está conectado mediante la canalización (24) a una toma de aire a presión atmosférica (25). El flujo que pasa por la canalización (25) está controlado por la válvula (26).

El diseño del sistema hidráulico de la máquina es tal que permite, a diferencia del sistema comercial mostrado en el estado de la técnica, la utilización de una única bomba (2) y que ésta se mueva siempre en el mismo sentido y, a diferencia de la arquitectura utilizada en el laboratorio mostrado en el estado de la técnica, la utilización de una cubeta de solamente dos puertos (14) en vez de tres. Esta ventaja técnica se logra provocando el llenado y el vaciado de la cubeta (14) por su parte inferior vía la canalización (13).

El llenado de la cubeta (14) se produce cuando las válvulas (17) y (26) están cerradas, la válvula (20) está abierta y al menos una de las válvulas (5) o (8) están abiertas. El flujo de aspiración generado se realiza, por tanto, a través de (21), (16), (18), (19), (23), (14), (13), (12), (11), (10), (9), (4), (3 y/o 7), (1 y/o 6).

El vaciado de la cubeta (14) se produce cuando las válvulas (5), (8) y (20) están cerradas y (17) y (26) están abiertas. El flujo de aspiración generado se realiza, por tanto, a través de (21), (15), (13), (14), (23), (24), (25).

Como las válvulas (17) y (20) están siempre en estados opuestos (una abierta y la otra cerrada) se pueden sustituir por una única válvula conmutadora de dos circuitos.

Las válvulas (5), (8), (17), (20) y (26) están conectadas eléctricamente mediante cableado (27) al controlador de válvulas (28).

La bomba (2) está conectada eléctricamente mediante cableado (29) al controlador de la bomba (30).

El controlador de válvulas (28) y el controlador de la bomba (30) forman parte del sistema de control.

La cubeta (14) y el recinto portacubetas (31) forman parte también del sistema optoelectrónico.

El sistema optoelectrónico consta de un recinto portacubetas (31) opaco a la luz, con forma de prisma recto o de cubo, con aberturas (32) en las seis caras. Por la abertura de la cara superior del portacubetas (31) asoma la canalización (23) conectada al puerto superior de la cubeta (14). Por la abertura de la cara inferior del portacubetas (31) asoma la canalización (13) conectada al puerto inferior de la cubeta (14).

En las aberturas laterales del portacubetas (31) se acoplan unos tubos opacos (33), (34), (35), (36). Para que la máquina sea funcional es necesario al menos un tubo que albergue un emisor de luz (37) y otro tubo que albergue un receptor de luz (38). El emisor de luz (37) puede ser de espectro estrecho (por ejemplo un diodo LED o un diodo láser), o de amplio espectro (por ejemplo una lámpara incandescente o de descarga). Si el emisor de luz (37) es de amplio espectro es necesario un selector de longitud de onda (39) tal como un filtro o monocromador. Si el emisor de luz (37) es de espectro estrecho podría ser necesario también el selector de longitud de onda (39) para mejorar la selectividad del emisor de luz (37). Puede ser necesaria la utilización de una lente o sistema de lentes (40) para concentrar el haz del emisor de luz (37). Puede ser necesaria la utilización de un reflector (41) para aumentar la eficiencia del emisor de luz (37). El receptor de luz (38) puede ser un fotodiodo, un fotomultiplicador, un sensor CCD o CMOS, etcétera. Puede ser necesaria la utilización de una lente o sistema de lentes (42) de enfoque. Puede ser necesario un selector de longitud de onda (43) (como un filtro o monocromador) para bloquear ciertas longitudes de onda del emisor de luz (37) y/o mejorar la selectividad del receptor de luz (38).

Para análisis colorimétrico se acoplan dos tubos en caras opuestas (33) y (34). Para análisis fluorimétrico se acoplan dos tubos en caras contiguas (35) y (34). La combinación adecuada de tubos con emisores (37) y receptores (38) da lugar a que se puedan realizar varios tipos de análisis simultáneos que combinen colorimetría y/o fluorimetría.

Cada emisor de luz (37) está conectado eléctricamente mediante (44) a su respectivo...

1. Máquina de análisis de flujo segmentado para la monitorización in situ de muestras de agua mediante técnicas de fluorimetría o colorimetría formado por:

- un conjunto de reservorios o tomas que contienen o de donde se toman las muestras objeto del análisis fluorimétrico o colorimétrico, los reactivos necesarios para el análisis y los fluidos necesarios para la limpieza de las canalizaciones del sistema.

- una bomba que aspira los fluidos que intervienen en el proceso de análisis.

- un conjunto de válvulas que permiten o impiden el paso de los fluidos que intervienen en el proceso de análisis.

- una cubeta donde se produce la reacción entre la muestra objeto del análisis y los reactivos necesarios para dicho análisis.

- un portacubetas que contiene la cubeta y al que se acoplan unos medios emisores y receptores de luz cuyo tipo depende de la naturaleza del análisis que se quiera realizar en cada caso.

- un conjunto de canalizaciones por el que circulan los fluidos que intervienen en el proceso de análisis.

- un controlador o conjunto de controladores con la electrónica y el software necesario que alimentan y rigen el comportamiento de la bomba, las válvulas y los medios de emisión y recepción de luz.

Caracterizada porque:

- la bomba siempre gira en el mismo sentido.

- la cubeta tiene dos tomas o puertos (superior e inferior).

- tanto el llenado como el vaciado de la cubeta se produce por la toma inferior de la misma.