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Dispositif de formation de goutte liquide L'invention concerne un analyseur de gouttes liquides et en particulier un dispositif de formation de goutte faisant partie de cet instrument.
Selon l'invention, il est proposé un dispositif pour former des gouttes liquides intégré à un analyseur de gouttes, comprenant un corps principal, des moyens pour délivrer des quantités discrètes de liquide à un surface faisant partie du support et supportant la goutte pendante et au moins un guide de radiation montée sur le support, une extrémité du guide donnant sur la surface supportant la goutte.
Le terme radiation est utilisé dans la présente description comme englobant les radiations électromagnétiques et transmissions ultrasoniques.
L'invention sera mieux comprise à partir de la description qui suit de certaines modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples seulement, et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la fig. 1 est une représentation schématique d'un analyseur de goutte qui peut incorporer un dispositif de formation de goutte selon la présente invention, la fig. 2 est une vue en section d'un dispositif de formation de goutte selon l'invention, la fig. 3 est une vue de côté montrant le dispositif de formation de goutte de la figure 2 avec une goutte pendante,
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les figures 4 et 5 représentent des sections caractéristiques d'autres dispositifs de formation de goutte selon l'invention, les fig. 6 (a) et (b) représentent des signaux de lecture caractéristiques obtenu avec un analyseur de gouttes tel qu'illustré à la fig. 1, les fig.
7 à 20 (incluse) sont des vues en section ou de c8té caractéristiques d'autres modes de réalisation du dispositif de formation de goutte selon l'invention, En se référant aux dessins, et d'abord aux fig. 1 à 3, on illustre un analyseur de gouttes désigné de manière générale par la référence numérique 1. Deux guides de radiation, à savoir un guide d'amenée 2 et un guide de réception 3, dans ce cas des guides à fibres optiques, sont montés dans un dispositif de formation de goutte, indiqué de manière générale par la référence numérique 10. Le dispositif de formation de goutte 10 comprend'une partie en forme de cone 21 ayant une surface extérieure conique 22 terminée par un sommet abrupt 23.
Le dispositif comprend également un tuyau amenant l'échantillon de liquide à travers les conduits internes 25 vers la surface conique extérieure 22 du dispositif de formation de goutte, et ce à partir d'une seringue 26.
Le corps 21 présente un angle alpha (voir fig. 3) qui est de préférence dans la région comprise entre 45 deg et 70 deg. On a trouvé qu'un angle alpha de 62 deg est particulièrement approprié. L'angle du cane doit être choisi de manière que l'angle de contact entre le liquide et la surface du cone soit tel que toutes les gouttes formées sur un cône d'un angle donné soient de forme similaire au stade d'instabilité présent directement avant la chute de la goutte. La condition d'invariabilité de l'angle de contact est évidemment
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obtenue en pratique en veillant à ce que l'angle soit zéro, c'est à dire que le liquide mouille la pointe du cône. L'angle du cone variera donc en fonction du liquide testé. Il n'est cependant nécessaire d'avoir un angle de cone qu'approximativement correct.
Un des avantages à former une goutte avec un angle de contact de zéro entre la goutte et la surface de support est que pour la mesure des temps de goutte, des poids des gouttes, des volumes des gouttes ou toute autre méthode d'analyse utilisée , les corrections associées aux autres systèmes de support de gouttes tels que les fibres dénudées telles quelles, ne sont pas nécessaires.
Lors de l'utilisation, la radiation utilisée dans l'analyseur de gouttes 1 illustré est la lumière et l'échantillon de liquide est délivré à partir de la seringue 26 par le tuyau 24 et le conduit 25 sur la surface conique 22. Le liquide descend la surface conique 22 pour former une goutte désignée par la référence numérique 27 dans la fig. 3. La lumière est délivrée à travers le guide 2, et de la goutte 27 au guide de réception 3 vers un circuit de détection 28 de l'analyseur de gouttes 1.
Dans certains des dessins qui suivent certaines parties, par exemple les guides de radiation, sont souvent omises dans un but de clarté. On comprendra qu'ils doivent être incorporés dans chaque composant principal.
En se référant à la figure 1, on illustre un arrangement alternatif d'un dispositif de formation de goutte désigné par la référence numérique 30 dans lequel les parties identiques à celles des dessins précédents sont
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identifiés par les même nombres de référence. Dans ce mode de réalisation il y a une pluralité de conduits 25 divergeant à partir d'un point.
En se référant à la figure 5 on illustre un arrangement alternatif d'un dispositif de formation de goutte désigné de manière générale par la référence numérique 40 et de nouveau chaque partie similaire à celle décrite dans un des dessins précédents sont identifiés par la même référence numérique. Dans cet arrangement, une pluralité de rainures circulaires 41 est prévu sur la surface conique extérieure 22 pour la répartition du liquide autour du corps principal 21. Les rainures 41 font en sorte que le liquide délivré au bas de la surface conique 22 par les conduits 25 coalesce et se fond en formant un anneau et que cet anneau de liquide nourrit ainsi la goutte 27 formée au 'sommet' 23 d'une manière plus convenable et uniforme .
On notera que le signal dérivé de l'analyseur de gouttes liquides 1 est un signal qui a été réfléchi dans la goutte pendante 27 et peut être en fait un signal résultant d'une multitude de réflexions. Dans certains cas, la lumière n'est pas réfléchie à la surface de la goutte mais peut être absorbée dans la goutte, par exemple, par un composé fluorescent qui émet conséquemment de la lumière qui sera captée par le guide de réception.
De plus, le signal lumineux peut être , dans certains cas, réfléchi par des particules présentes dans la goutte. La figure 6 (a) un signal typique, dérivé, les deux impulsions A étant les impulsions recues lorsque la goutte est complètement formée et tombe et le
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signal intermédiaire B est le signal qui est obtenu lorsque la goutte est en train de se former. Dans beaucoup de cas il peut être nécessaire de séparer les signaux entre ceux se produisant quand il y a dans la goutte 27 trois réflexions , quatre réflexions et ainsi de suite. Une forme de signal typique dérivé dans ce cas est montré dans la figure 6(b). Les pics 81, 82, B3 et 84 correspondent aux signaux recus après un, deux , trois et quatre réflexions respectivement, dans la goutte.
Cette forme de signal peut être obtenue en utilisant le dispositif de formation de goutte illustré par la fig.7 et identifié par le référence numérique 50, ayant un corps principal 51 de forme conique. Dans ce cas particulier une paire de guide de radiation 52 et 53 sont prévus dans les cavités 54 et 55 respectivement. Les guides de radiation 52 et 53 peuvent ainsi être montés de manière ajustable sur le corps principal 51 pour obtenir une variation de l'angle auquel la radiation est délivrée ou récupérée dans ou à partir d'une goutte pendante. Dans ce dispositif particulier 50 de formation de goutte le tuyau d'entrée 24 aboutit à un trou central aligné 56 aboutissant lui même à la partie la plus basse du corps principal 51 à 57.
On a trouvé que cet arrangement particulier du trou 56 est particulièrement favorable car une goutte est formée dans la meilleure position possible pour le contrôle régulier de sa formation.
En se référant à la figure 8 on illustre un dispositif de formation de goutte désigné de manière générale par la référence numérique 60 ayant un corps principal 61 de forme conique tronquée. La forme conique tronquée n'est d'aucune importance particulière. Le corps principal 61
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se prolonge en une surface 62 plate sur laquelle aboutissent les guides de radiation 2 et 3 ainsi qu'une tuyau d'alimentation central 63.
En se référant à la figure 9, on illustre encore un dispositif de formation de goutte désigné de manière générale par la référence numérique 70 dans lequel les parties similaires à celles décrites dans la fig. 8 sont identifiés par les mêmes références numériques. Dans cet arrangement, les guides de radiation 2 et 3 divergent pour la transmission et la réception de radiation adjacente à la surface intérieure d'une goutte pendante 27. Le trajet parcouru par la lumière à travers la goutte 27 est indiqué par la ligne en tirets 71.
L'avantage de cet arrangement des guides de radiation 2, 3 est qu'on peut ainsi obtenir des informations sur les conditions à la surface d'une goutte. On comprendra que ce type de disposition des guides de radiation peut être appliqué au dispositif de formation de goutte conique déjà décrit.
A la fig. 10 on illustre une partie d'un dispositif de formation de goutte désigné de manière générale par la référence numérique 80 avec un corps principal 81 formé par un anneau comprenant une surface intérieure 82 supportant les gouttes. De nouveau les parties similaires à celles décrites dans les dessins déjà mentionnés sont identifiés par les mêmes références numériques.
A la fig. 11 on illustre un autre arrangement possible d'un dispositif de formation de goutte désigné de manière générale par la référence numérique 90 ayant un corps principal 91 dans lequel est monté un guide 92 délivrant la radiation, constitué d'une fibre optique et un guide
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93 de réception de radiation constitué par une fibre optique ayant une extrémité en boucle 94 faisant saillie hors du corps principal 91. Cette extrémité en boucle 94 est démunie de revêtement ou de couche externe afin de capter ou d'émettre les signaux dans la goutte. Chaque extrémité du guide de réception 93 peut être couplée,!' une à une source de lumière et l'autre à un détecteur.
Alternativement, les deux extrémités peuvent être connectées à des détecteurs séparés. Dans ce cas, un signal différent serait capté par chaque détecteur et un système de détection différentiel basé sur la comparaison des signaux des deux détecteurs peut s'avérer dans certains cas avantageux. On notera que l'on peut obtenir de la lumière pour couplage dans ou hors de la fibre à l'endroit ou le revêtement a été enlevé, pareille lumière étant associée à une onde évanescente. Il y a lieu de noter que cette onde est celle qui, dans une fibre ordinaire, voyagera dans le revêtement et non dans le coeur de la fibre. Pour certaines mesures il peut être avantageux de capter cette lumière .
En se référant à la fig 12, on notera que jusqu'à présent les dispositifs de formation de goutte ont tous été illustrés pour des liquides qui ont des angles de contact inférieurs à 90 . Il y a cependant un certain nombre de liquides qui ont des angles de contact plus grand que 90 et dans pareils cas on prévoit un dispositif de formation de goutte indiquée généralement par la référence numérique 100 ayant un corps principal 101 avec un tuyau d'alimentation 102 aboutissant à un trou conique inversé 103 dans lequel se rejoignent les guides de radiation 104 et 105.
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Dans beaucoup de cas, il est nécessaire de fournir une stimulation extérieure à la goutte pendante, par example, dans la fig.
13 on illustre un dispositif de formation de goutte désigné de manière générale par la référence numérique 110 qui peut être mis en rotation par les engrenages 111 et 112. Les parties similaires à celles décrites dans les dessins sont désignés par des références numériques identiques.
Dans beaucoup de cas, il est nécessaire d'appliquer des vibrations à la goutte et un arrangement correspondant approprié permettant ceci est illustré dans la fig. 14 dans laquelle on montre un dispositif de formation de goutte désigné généralement par la référence numérique 120 et ayant un corps principal 121 avec un trou central 122 pour la réception d'une tige de vibration 123. On notera que d'autres arrangements sont possibles pour faire vibrer la goutte.
Dans certains cas il est nécessaire d'appliquer un champ électrique au dispositif de formation de goutte. On illustre à la fig. 15 un dispositif de formation de goutte 40 selon la fig. 5 montée entre une paire de plaques de condensateur 125 et 126 alimenté en courant continu ou alternatif à partir d'une source d'alimentation 127.
La fig. 16 illustre le dispositif de formation de goutte 10 des figs. 2 et 3 ayant une tige 128 sous tension élevée pour le bombardement de la goutte 27 avec des électrons afin de charger la goutte 27.
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On illustre dans la fig. 17 un dispositif de formation de goutte désigné de manière générale par la référence numérique 130 et ayant un corps principal 131. Le corps principal 131 a une conduit central 132 alimentée par un réservoir d'électrolyte 133 dans lequel est monté une électrode 134. Au fond du conduit 132 est prévu un bouchon poreux 135. Un tuyau d'alimentation de liquide 136 est également prévu. L'électrode 134 permet à une goutte 27 d'être chargée en ions ce qui produit une modification de la forme de la goutte qui peut être utilisée pour la mesure de diverses propriétés par exemple les propriétés électro-chimiques de l'échantillon de liquide.
La fig. 18 illustre un dispositif de formation de goutte 10 monté dans le champ magnétique résultant de la présence d' un solenoide 140. On notera que l'application d'un champ magnétique à un liquide qui est lui-même soit magnétique soit contenant des particules de matière magnétique est avantageux.
La fig. 19 illustre un dispositif de formation de goutte désigné de manière générale par la référence numérique 150 ayant un corps principal 151 et un tuyau d'alimentation central 152 similaire à ceux décrits précédemment afin de former une goutte pendante. Dans ce mode de réalisation, on prévoit une alimentation de liquide secondaire 153 qui aboutit à travers un trou 154 à la surface conique externe 155 du corps principal 151.
Cette alimentation de liquide secondaire est prévue pour délivrer des quantités discrètes , par exemple, de liquide tensio-actifs à la goutte de liquide 27, la goutte de liquide 27 ayant déjà été évidemment précédemment au moins partiellement formée.
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Dans beaucoup de cas il est avantageux d'appliquer un revêtement de surface à la surface de support de la goutte, en particulier pour étudier l'interaction de surfaces solides avec des liquides. Ces revêtements de surface peuvent consister ,entre autres et de manière non exclusive, en des couches moléculaires, des ions ou des charges électriques. La fig. 20 illustre un autre arrangement possible d'un dispositif de formation de goutte désigné de manière générale par la référence numérique 160 ayant un corps principal 161 essentiellement similaire à beaucoup de corps principaux déjà décrits dans lequel la surface conique extérieure est recouverte par une couche moléculaire 162. Celle-ci peut être typiquement une mono-couche de molécules par exemple un film du type Langmuir-Blodgett.
On notera que dans les variantes de réalisation d'un dispositif de formation de goutte ici décrites, deux guides de radiation sont montés dans le corps principal.
On peut prévoir cependant n'importe quel nombre de guide de radiation, un étant essentiellement le minimum. De plus, dans certains cas un ou plusieurs guides pour radiation ultrasonique peut être prévu dans le corps principal en complément à ou à la place des guides de radiation électromagnétique tel que la lumière.
Le but de la présente description n'est pas d'expliquer les types de test qui peuvent être réalisés avec les analyseurs typiques de gouttes liquides et en particulier les analyseurs de gouttes décrits dans d'autres descriptions de brevet. Le but de la description est de décrire et revendiquer l'arrangement d'un dispositif de formation de goutte.